Utveckling av banbrytande och noggranna metoder för säkerhetsanalyser av framtida och befintliga reaktorer (DREAM4SAFER)

Forskningsprojekt, 2013 – 2016

Designen, licensieringen och driften av kärnreaktorer beror till mycket stor del på högkvalitativa modelleringsverktyg. Dessa modeller används för att visa att kärnreaktorer kan köras säkert och ekonomiskt både under normal drift och under onormala driftsituationer. Detta gäller såväl våra nuvarande reaktorer som framtida kärnreaktorer. Kärnreaktorer är till sin natur komplexa system med vitt skilda fysikaliska processer som är kopplade till varandra. Fördelningen, såväl i tid som rum, av neutroner, som orsakar fissionerna, beror till stor del av densitets- och temperaturfördelningar i reaktorn. Samtidigt beror tids- och rumsfördelningen av densitet och temperatur i reaktorn på den frigjorda energin vid fissionerna, som i sin tur beror på neutronfördelningen. Det finns ett starkt samspel mellan olika fysikaliska processer på olika storleksskalor. Detta betyder att för att kunna beräkna hur nukleära system uppför sig, så måste man beräkna flera fysikaliska processer samtidigt, t.ex. transporten av neutroner i reaktorn, värmetransporten från bränsle till kylmedel och dynamiken i kylmedlet. Under den snabba datorutvecklingen under sjuttiotalet utvecklades olika datorprogram och modelleringsstrategier. Men i de tillgängliga modeller vi har idag, beräknas de olika fysikaliska processerna enskilt var för sig. De olika modellerna kopplas sedan till varandra för att beräkna specifika problem. Alla existerande datorprogram som används för kärnkraftsäkerhet fungerar på det här sättet. Vilka program och modeller som väljs och hur de kopplas till varandra beror på vilken driftsituation man vill analysera. Även om detta arbetssätt fungerar tillfredsställande för stationär drift, tänjs gränserna för modellerna när det gäller nya bränsletyper eller nya reaktorkoncept, både för konceptuellt annorlunda framtida reaktorer eller nya reaktorer i en mer närliggande framtid. Dagens strategi att lösa varje delproblem för sig, fungerar ännu sämre när man vill analysera snabba tidsberoende förlopp, eftersom de icke-linjära kopplingarna mellan olika fysikaliska processer inte hanteras på ett riktigt sätt. Det föreslagna projektet har flera nya innovativa angreppssätt på reaktormodelleringen. Samspelet mellan de olika fysikaliska processerna på olika storleksskalor hanteras redan från början, med det ömsesidiga beroendet mellan processerna. De senaste framstegen inom numeriska metoder används för att modellera den icke-linjära kopplingen mellan de olika processerna. Samma modellverktyg används för både stationär drift och tidsberoende förlopp. Samspelet mellan makroskopiska och mikroskopiska fenomen hanteras med finare upplösningsmetoder direkt inbyggda i de grova. Till skillnad från hur dagens modeller utvecklats, omfattar det föreslagna projektet en grupp experter inom reaktorsimulering, neutrontransport, fluiddynamik, värmetransport och numeriska metoder. Denna grupp, med den samlade expertisen i området, kan få fram integrerade metoder som kan lyfta modelleringen av kärnreaktorer till en helt ny nivå av tillförlitlighet. Detta är av stor betydelse för kärnkraftsäkerhetsanalyser av både befintliga och framtida kärnreaktorer.

Deltagare

Samarbetspartners

Finansiering

Relaterade styrkeområden och infrastruktur

Energi

Styrkeområden

Publikationer

Investigation of efficient and reliable numerical algorithms for coupled reactor calculations - XTREAM project - Tasks 3a, 3b and 4a

Mer information

Senast uppdaterat