Väitös energiatieteiden alalta, DI Asko Arkoma

2018-03-08 13:00:00 2018-03-08 23:59:20 Europe/Helsinki Väitös energiatieteiden alalta, DI Asko Arkoma Ydinpolttoaineen laskennallinen mallinnus suunnitteluperusteisissa onnettomuuksissa http://physics.aalto.fi/fi/midcom-permalink-1e7f9d14b02ae18f9d111e7b5097b9cccfaaef2aef2 Otakaari 1, 02150, Espoo

Ydinpolttoaineen laskennallinen mallinnus suunnitteluperusteisissa onnettomuuksissa

08.03.2018 / 13:00
Aalto-yliopisto, sali H304, Otakaari 1, 02150, Espoo, FI

Diplomi-insinööri Asko Arkoma väittelee torstaina 8.3.2018 klo 13 Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulussa. Väitöskirjassa "Modelling design basis accidents LOCA and RIA from the perspective of single fuel rods" kehitettiin tilastollinen analyysimenetelmä jäähdytteenmenetysonnettomuudessa vaurioituvien polttoainesauvojen lukumäärän arvioimiseksi, sekä selvitettiin rikkoutumisten taustatekijöitä herkkyysanalyysilla. Polttoaineen käyttäytymistä reaktiivisuusonnettomuudessa mallintava SCANAIR-ohjelma mukautettiin kiehutusvesireaktorin (BWR) olosuhteisiin.

Väitöskirjassa käsitellään nykyisten kevytvesireaktoreiden suunnitteluperusteisten onnettomuuksien kahden päätyypin laskennallista mallintamista. Nämä onnettomuustyypit ovat jäähdytteenmenetysonnettomuus ja reaktiivisuusonnettomuus. Tutkimuksessa hyödynnettävät tietokoneohjelmat mallintavat yksittäisten polttoainesauvojen käyttäytymistä häiriö- ja onnettomuustilanteissa. Reaktorissa sauvat sijaitsevat polttoainenipuissa, joita reaktorissa on satoja.

Jäähdytteenmenetysonnettomuuden tutkimus keskittyi tilastollisen analyysimenetelmän kehittämiseen onnettomuudessa vaurioituvien polttoainesauvojen arvioimiseksi. Tilastollista menetelmää sovellettiin EPR-tyyppisen reaktorin isoon jäähdytteenmenetysonnettomuuteen, ja tutkittiin Säteilyturvakeskuksen (STUK) asettamien ydinturvallisuusohjeiden täyttämistä. Vaatimusten mukaan tämän tyyppisessä oletetussa onnettomuudessa vaurioituvien polttoainesauvojen lukumäärä ei saa ylittää 10 %:a reaktorissa olevien polttoainesauvojen kokonaismäärästä, ja kehitetyllä menetelmällä vaatimusten mukaisuus esimerkkitapauksessa osoitettiin. Suomessa ei ole aiemmin ollut käytettävissä väitöskirjassa esitellyn kaltaista tilastollista menetelmää rikkoutuvien sauvojen lukumäärän arvioimiseksi. Väitöskirjassa on lisäksi kehitetty monivaiheinen systemaattinen herkkyysanalyysimenetelmä polttoainesauvojen rikkoutumisten taustatekijöiden selvittämiseksi.

Reaktiivisuusonnettomuuden tutkimus keskittyi ranskalaisen IRSN-organisaation SCANAIR-polttoainemallinnusohjelman mukauttamiseen kiehutusvesireaktorin (Boiling Water Reactor, BWR) olosuhteisiin. SCANAIR on suunniteltu reaktiivisuusonnettomuuden mallinnukseen painevesireaktoreissa (Pressurized Water Reactor, PWR), eikä siinä ole ennestään ollut malleja BWR:lle. Väitöskirjassa mallinnusohjelmaan lisättiin materiaalikorrelaatioita, tehtiin kytkentä termohydrauliikkaohjelmaan, sekä tutkittiin sauvojen rikkoutumisennusteita. Suomessa on käytössä kaksi BWR-tyyppistä ydinvoimalaitosyksikköä. Reaktiivisuusonnettomuuden aikaisen termohydrauliikan mallinnusvalmiuksien kehitys on viime vuosina ollut kansainvälisesti ajankohtainen aihe, ja olemassa olevissa malleissa riittää vielä huomattavasti kehitettävää.

Oletettuja onnettomuuksia tutkitaan tyypillisesti koereaktoreissa sekä yksittäisiä ilmiöitä kuvaavissa erilliskokeissa. Jotta näitä kokeellisia tuloksia voitaisiin soveltaa sähköntuotantoon käytettäviin reaktoreihin, tarvitaan tulosten skaalaamiseen laskennallista mallintamista. Kokeellisen toiminnan ja mallinnuksen yhdistelmällä voidaan varmistaa ydinvoiman turvallisuus kaikissa tilanteissa.

Väitöstiedote (pdf)

Vastaväittäjä: Dr. Inmaculada C. Sagrado García, Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT), Espanja

Kustos: professori Filip Tuomisto, Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulu, teknillisen fysiikan laitos

Elektroninen väitöskirja: http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-60-7847-2