Projekti / Programi
Razumevanje stratificiranih parnih eksplozij v reaktorskih razmerah
| 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 |
| 2.03 |
Tehniške in tehnološke vede |
Mehanika |
jedrska varnost, težka nesreča, interakcija taline s hladilom, parna eksplozija, razslojene razmere, večfazni tok, numerična simulacija
Raziskovalci (9)
Organizacije (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Razisk. organizacija |
Kraj |
Matična številka |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
0106 |
Institut "Jožef Stefan" |
Ljubljana |
5051606000 |
90.682 |
Povzetek
Med težko nesrečo v jedrski elektrarni se najbolj bojimo pojava parne eksplozije. Dovolj močna parna eksplozija bi lahko ogrozila celovitost zadrževalnega hrama in privedla do izpusta radioaktivnih snovi v okolje. V primeru težke nesreče lahko staljena reaktorska sredica pride v stik s hladilno vodo, kar lahko pod določenimi mešalnimi pogoji vodi do silovite eksplozije mešanice taline in hladila. Močne spontane parne eksplozije, ki so jih nedavno nepričakovano opazili med eksperimenti v razslojenih razmerah, predstavljajo pomembno negotovost, povezano z jedrsko varnostjo.
Eden izmed pomembnih pogojev za pojav parne eksplozije je nastanek primerne mešanice razpadle taline in hladilne vode. Dolgo časa so domnevali, da v razslojenih razmerah, ko se nahaja plast taline pod plastjo vode, ne more priti do močnejših eksplozivnih interakcij. Razlog za ocenjeno majhno jakost t.i. stratificiranih parnih eksplozij je predpostavka, da naj bi v takšnih pogojih nastala zgolj omejena količina ustrezne mešanice taline in vode, ki lahko vodi do parne eksplozije. Vendar pa so nedavno opravljeni eksperimenti na napravah PULiMS in SES (KTH, Švedska) s simulirnimi materiali z visoko temperaturo tališča pokazali, da se lahko močna parna eksplozija spontano razvije tudi v razslojenih razmerah. Pri teh poskusih so opazili nastanek precejšnje t.i. mešalne plasti preden je prišlo do eksplozije. Opažene močne spontane stratificirane parne eksplozije pomembno vplivajo na varnostno problematiko interakcije taline s hladilom v jedrskih elektrarnah.
Namen raziskave je izboljšati razumevanje in modeliranje parnih eksplozij v stratificirani konfiguraciji in uporaba razvitega modela v reaktorskih razmerah. Glavna cilja raziskave sta:
Analiza eksperimentov stratificiranih parnih eksplozij na napravah PULiMS in SES z namenom izboljšanja razumevanja parnih eksplozij v razslojenih razmerah in razvoj modela nastanka mešalne plasti.
Simulacija stratificirane parne eksplozije v reaktorskih razmerah z namenom preveritve uporabnosti razvitega modela in ocene pričakovanih tlačnih obremenitev.
Pomembnost problematike stratificiranih parnih eksplozij in vpliv na jedrsko varnost so odkrili šele nedavno. Predlaganih je bilo že več hipotez glede možnih fizikalnih procesov, ki bi lahko povzročili nestabilnosti na stični površini in posledično nastanek mešalne plasti, vendar niso bile podrobneje raziskane in niso bile preverjene glede na eksperimentalne rezultate. Poleg tega še niso razviti modeli, s katerimi bi lahko simulirali tovrstne stratificirane eksplozije. Rezultati, pridobljeni v okviru predlaganega projekta, bodo tako izvirni s stališča obeh ciljev projekta, t.j. izboljšanja razumevanja in modeliranja stratificiranih parnih eksplozij in ocene tlačnih obremenitev med stratificirano parno eksplozijo v reaktorskih razmerah.
Pomen za razvoj znanosti
Eno od najpomembnejših nerešenih vprašanj na področju taljenja sredice med hipotetično resno nezgodo v jedrski elektrarni je, kakšna je verjetnost nastanka parne eksplozije in kakšne so lahko njene posledice. Nedavno odkrita problematika stratificiranih parnih eksplozij in spremljajočih pojavov je mednarodno prepoznana. Tako je področje stratificiranih parnih eksplozij obravnavno v OECD poročilu stanja na področju parnih eksplozij izven reaktorske posode, objavljenem leta 2017, in v projektu 7. OP EU SAFEST.
Nepričakovane močne spontane parne eksplozije v razslojenih razmerah taline in hladila so opazili šele nedavno. Kompleksnega pojava ne razumemo dobro in modeli, s katerimi bi lahko simulirali tovrstne stratificirane parne eksplozije, še niso razviti. Rezultati, pridobljeni v okviru predlaganega projekta, bodo tako predstavljali pomemben in izviren prispevek k izboljšanemu razumevanju in modeliranju stratificiranih parnih eksplozij ter oceni tlačnih obremenitev med stratificirano parno eksplozijo v reaktorskih razmerah. Na podlagi rezultatov predlaganih raziskav bomo lahko bolj zanesljivo napovedali tlačne obremenitve med parno eksplozijo v jedrski elektrarni, kar je pomembno za varnostne analize. Varnostne analize so potrebne za vzpostavitev optimalnih varnostnih ukrepov v primeru težkih nesreč.
Pomembnost problematike stratificiranih parnih eksplozij in vpliva na jedrsko varnost so odkrili nedavno, zato je predlagana raziskava izvirna in bo morebiti vodila k razvoju novih raziskovalnih smeri. Pričakovani rezultati projekta predstavljajo znanstveni prispevek na področju raziskav interakcije taline s hladilom, ki so povezane z jedrsko varnostjo.
Pomen za razvoj Slovenije
Kljub naraščajočemu deležu vetrne in solarne elektrike v preteklih dve desetletjih, jedrska energija še vedno predstavlja drugi največji vir brezogljične elektrike (za energijo hidroelektrarn) na planetu. Zadnja leta nemške energetske preobrazbe (»Energiewende«) vse jasneje kažejo, da bo brezogljično proizvodnjo električne energije zelo težko doseči brez prispevka jedrskih elektrarn. Takšen razvoj dogodkov kaže na nujnost vlaganja v raziskave in razvoj na področju jedrske tehnike, ki predstavljajo pomemben steber za varno obratovanje jedrskih elektrarn.
Rezultati predlaganega raziskovalnega projekta so teoretična osnova za varnostne analize, povezane z varnim in stabilnim obratovanjem JE Krško (in ostalih jedrskih elektrarn v Evropi in v svetu), ter strokovne naloge za JE Krško in Upravo RS za jedrsko varnost. Rezultati tako prispevajo h krepitvi nivoja varnostne kulture v Sloveniji. Raziskave neposredno prispevajo k trajnostnemu zagotavljanju stabilne dobave električne energije ter varovanju okolja in prebivalcev. Rezultati projekta bodo omogočili oceno verjetnosti in posledic parne eksplozije v JE Krško. Raziskave prispevajo k ustvarjanju, ohranjanju in krepitvi lastnega strokovnega znanja ter omogočajo neodvisnost od tujine pri izdelavi ekspertiz v podporo varnemu obratovanju JE Krško in pri pomoči upravnemu organu pri nadzoru vzdrževanja in obratovanja JE Krško. Vse to prispeva k večji gospodarski rasti in povečanju konkurenčnosti Slovenije.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Vmesno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Vmesno poročilo
