Projekti / Programi
Razvoj metod za izračun nevtronskega polja v zadrževalnem hramu tlačnovodne jedrske elektrarne
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.03.02 |
Tehnika |
Energetika |
Goriva in tehnologija za konverzijo energije |
| Koda |
Veda |
Področje |
| T160 |
Tehnološke vede |
Jedrsko inženirstvo in tehnologija |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.02 |
Tehniške in tehnološke vede |
Elektrotehnika, elektronika in informacijski inženiring |
Fisijski reaktor, stohastične metode za transport nevtronov, redukcija variance, nevtronsko polje v zadrževalnem hramu, odzivna funkcija detektorjev
Raziskovalci (15)
Organizacije (2)
Povzetek
Predlagani raziskovalni projekt temelji na raziskavah in razvoju metod in modelov, primernih za natančno določitev nevtronskega polja znotraj reaktorske zgradbe tlačnovodnega reaktorja za poljubno stanje reaktorja. Predlagana je izdelava kvalitetne računske platforme z zelo podrobnim geometrijskim modelom (t.j. vsaj 5000 vhodnih instrukcijskih vrstic), ki bo omogočala izračune v sprejemljivem času s statistično napako v totalnem nevtronskem fluksu manj kot 1% in to zlasti v pomembnih geometrijskih regijah. Na podlagi predhodnih izkušenj za izračun nevtronskega transporta v tako zapletenih problemih z močnim ščitenjem in kompleksno geometrijo, bo najverjetneje izbran transportni program MCNP, ki temelji na stohastični metodi Monte Carlo (MC) in uporablja energijsko zvezno knjižnico nevtronskih presekov. Uspešnost rešitve problema je v odvisna od uspešne uporabe metod za redukcijo variance. Programska oprema ADVANTG se bo uporabila za sklopitev MC izračuna s transportnim determinističnim programom, kar bo ustvarilo t.i. hibridni sistem. ADVANTG avtomatizira določitev parametrov prostorsko in energijsko odvisnih utežnih oken in utežene porazdelitve izvora, ki se jih nato uporabi za pospešitev MC izračunov. Raziskana bo ustreznost hibridne metode in bo po potrebi dopolnjena z bolj osnovnimi metodami kot so utežitev izvora in rezanje po energiji in uteži. Izračuni bodo razviti in nato preizkušeni na primeru NEK, za kar je potrebno izpolniti naslednje naloge:
raziskati in razviti ustrezen postopek za preoblikovanje CAD datotek, tako da jih bo možno uporabiti kot MC vhodne datoteke in izdelati kolikor je le možno natančen geometrijski model zadrževalnega hrama NEK,
raziskati in razviti metode redukcije variance za pospešitev MC izračunov porazdelitev nevtronov, ki bodo imeli minimalno statistično negotovost,
razviti analitična orodja, ki bodo omogočala simulacijo poljubnega obratovalnega stanja NEK,
verificirati in validirati izračune na podlagi primerjave z meritvami in določiti glavne negotovosti.
Po uspešni implementaciji računske platforme se bo možno posvetiti drugim problemom, ki zahtevajo natančno določitev nevtronskega fluksa. Na primer, dobro poznavanje funkcije odziva izvensrediščne instrumentacije ob tranzientih je potrebno pri določitvi funkcije za prostorsko korekcijo. Le to potrebujemo za določitev prostorskih korekcijskih faktorjev pri metodi vstavitve, s katero določamo vrednosti kontrolnih palic med zagonskimi testi po vsakem remontu. Izboljšave pri oceni korekcijskih faktorjev bodo imele za posledico večjo natančnost določanja reaktivnosti. Omeniti je potrebno, da je bila metoda vstavitve razvita v našem odseku in je bila v času objave svetovna novost. Nadaljnje izboljšave bi lahko privedle do ponovnega preboja v postopku meritev.
Natančna določitev nevtronskih doznih hitrosti znotraj zadrževalnega hrama je pomembna za planiranje in minimaliziranje doz, ki jih prejmejo delavci. S tem neposredno povečujemo njihovo varnost. Opremo, ki se nahaja v reaktorski zgradbi in je občutljiva na nevtronske poškodbe, lahko premestimo na manj obremenjene lokacije ali jih opremimo s ščiti.
Slabšanje lastnosti materialov zaradi staranja in sevalnih podškodb so omejitveni dejavniki za življenjsko dobo jedrskih elektrarn. Zaradi nedavne pobude za podaljšanje življenjske dobe lahkovodnih reaktorjev na 60 do 80 let, je bilo iniciranih več novih raziskovalnih programov na področju staranja in degradacije jedrskih elektrarn. Posebej so pomembni staranje električnih kablov, krhkost tlačne posode in staranje betona. Z bolj natančnimi modeli bi lahko prepoznali vroče točke, v katerih bi bila upravičena dodatna nevtronska zaščita. Poleg tega boljša karakterizacija nevtronskega polja prispeva k boljšemu poznavanju procesov staranja in pomaga pri bolj natančni oceni učinkov staranja. Natančna določitev aktiviranega materiala je pomembna za oceno stroškov razgradnje in postavitev izvora v procesu določitve fotonskih (gama)
Pomen za razvoj znanosti
Kot je prikazano v poglavju 12 je pospeševanje Monte Carlo izračunov s sklopitvijo MC in determinističnih programov (hibridni programi) še vedno v razvoju. Še vedno ne obstaja univerzalna metoda redukcije variance, ki bi nudila najboljše rezultate v vseh primerih. Obnašanje različnih metod v realnih geometrijsko kompleksnih sistemih kot je npr. reaktorska zgradba je zelo pomembno za nadaljnji razvoj področja. Če naj bi predlagani pristop postal industrijski standard, je potrebno odgovoriti na naslednja vprašanja:
Kako je mogoče hitro pripraviti geometrijsko vhodno datoteko iz CAD datotek, ki so običajno na voljo?
Katero metodo redukcije variance izbrati, da dobimo minimalne statistične nezanesljivosti v razpoložljivem času?
Kako razviti analitična orodja sposobna ustrezno simulirati poljubno stanje reaktorja?
Predlagana raziskava bo poskušala najti odgovor na ta vprašanja. Pomemben aspekt pri tem je, da obstajajo meritve nevtronskih doznih hitrosti in bo mogoče izračune direktno primerjati z meritvami.
Ker bo razvita računska platforma omogočila natančne preračune nevtronskih polj, bo mogoče tudi:
Natančno določiti odziv nevtronskih detektorjev, kar je pomembno za natančnost metode vstavitve, ki se uporablja pri meritvah reaktivnosti kontrolnih palic.
Bolje razumeti procese staranja in bolje predvideti potek procesov staranja.
Bolj natančno določiti aktivirane materiale in s tem bolje določiti izvor potreben pri izračunu gama polj.
Pomen za razvoj Slovenije
Izvedba tega raziskovalnega projekta bo imela neposredne pozitivneimplikacije za varno in ekonomično obratovanje NEK. Interes industrije (NEK) in njena pripravljenost, da finančno projekt podpre , kaže na relevantnost projekta. Raziskava bo omogočila:
natančno določitev nevtronskih doz znotraj zadrževalnega hrama, kar je pomembno za načrtovanje in zmanjšanje dozne izpostavljenosti delavcev in povečanje njihove varnosti,
določitev odziva jedrske instrumentacije pri reaktorskih tranzientih, kar je pomembno za določitev prostorskih korekcijskih faktorjev pri merjenju reaktivnosti, ki se izvaja med zagonskimi testi ob zaključku remonta,
določanje nevtronskega fluensa v pomembnih komponentah znotraj reaktorske stavbe (npr. električnih kablih, tlačni posodi, betonski konstrukciji itd.), kar lahko z dodatno zaščito podaljša življenjsko dobo opreme,
podlago za oceno vsebnosti radionuklidov kot posledici obratovanja in določitev aktivnosti struktur, sistemov in komponent, kar je ključnega pomena za načrtovanje procesa razgradnje in določitve gama izvora pri preračunu fotonskih polj,
bolj natančno določitev energijskega spektra nevtronov na lokacijah znotraj zadrževalnega hrama, kar je pomembno za natančnost meritev, kjer se teoretične napovedi uporabljajo kot izhodišče.
Predlagana računska platforma in pridobljeno znanje lahko vzpodbudita ustanovitev spin-off podjetja, ki bo ponujalo komercialne storitve elektrarnam v tujini. Izboljšave pri meritvah z metodo vstavitve imajo neposredno potencialno tržno vrednost, saj je skrajšanje časa meritev možno enostavno finančno ovrednotiti.
Raziskovalni projekt bo prispeval k boljšemu znanju in izkušnjam raziskovalcev na področju jedrske in sevalne varnosti in spodbujal izobraževanje mladih raziskovalcev. Institut Jožef Stefan je ena izmed redkih slovenskih institucij, ki imajo pooblastilo za zagotavljanje neodvisnih strokovnih mnenj, kot jih zahteva zakon, in kar je razvidno tudi iz zadnje reference v točki 9.1 tega predloga. Pomen teh raziskav in znanja pooblaščenih izvedencev za varnost jedrskih objektov je v naši družbi prepoznan. Slovenska zakonodaja v » Zakon o varstvu pred ionizirajočimi sevanji in jedrski varnosti« (ZVISJV), člen 134 (zagotavljanje usposabljanja pooblaščenih izvedencev in pristojnih organov) na primer usmerja državo, da »zagotavlja sredstva za financiranje razvojnih študij in neodvisnih strokovnih preveritev ter mednarodnega strokovnega sodelovanja na področju varstva pred ionizirajočimi sevanji ter jedrske varnosti«. Poleg tega »Resolucija o jedrski in sevalni varnosti v Republiki Sloveniji za obdobje 2013-2023« (ReNRS13-23) v sekciji 7.1 - Raziskave navaja, da za trajnostni razvoj jedrske raziskave potrebujejo stabilno finančno podporo v smislu minimalnega obsega 15 raziskovalcev za polni delovni čas za področje sevalne, jedrske in reaktorske fizike. To število je trenutno precej nižje in projekti, kot je predlagani, pripomorejo k izboljšanju stanja, ter zagotovijo boljšo podporo Upravi Republike Slovenije za Jedrsko Varnost in prispevajo k povečanju varnosti jedrskih objektov.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Vmesno poročilo,
zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Vmesno poročilo,
zaključno poročilo
