Projects
1. Participation in international research programs
CSARP är en fortsättning på NRC’s forskningsprogram som startade efter TMI-haveriet 1979. Inom CSARP sker erfarenhetsutbyte och förmedling av forskningsresultat samt diskuteras gemensamt inriktning och prioriteringar av fortsatt forskning inom området svåra haverier. De fenomen som är i fokus i CSARP är bl.a. smältförlopp i reaktortanken, reaktortankbottens integritet, växelverkan smälta/kylmedel , smältans kylbarhet, vätgasförbränning, direkt uppvärmning av inneslutningens atmosfär och fissionsprodukters beteende och spridning. Genom att delta i CSARP erhålls tillgång till alla de resultat som framkommer i programmet samt till uppdateringar av de kodpaket som utvecklas, t.ex. MELCOR, CONTAIN och SCDAP/RELAP5. APRI 11 deltar i CSARP under perioden 2021-2023.
ROSAU är ett OECD/NEA-projekt som leds av Argonne National Laboratory i USA och där ett dussintal organisationer deltar från hela världen. Det övergripande målet med projektet är att minska de kunskapsluckor och osäkerheter som finns avseende haveriförlopp och detta ska nås genom att genomföra storskaliga experiment som undersöker:
- smältans spridning utanför reaktortanken i grunda vattenmassor;
- kylbarheten och interaktionen mellan smälta och betong utanför tanken.
Experimenten ska utgå från prototypiska material. Projektet är tänkt att drivas under fem år och experimenten får betecknas som högst relevanta för svenska förhållanden. Dessutom bidrar KTH från svensk sida med både experimentella och analytiska forskningsinsatser.
THEMIS är ett OECD/NEA-projekt som leds av Becker Technologies GmbH som driver experimentanläggningen THAI+ (Thermal-hydraulics, Hydrogen, Aerosols, and Iodine) i samarbete med Framatome och GRS. Fokus för THEMIS-projektet ligger på studier av processer och fenomen som inträffar i den sena fasen av ett svårt haveri såsom betong-smälta-interaktioner, generering av brännbara gasblandningar innehållande vätgas och kolmonoxid, gasblandningarnas påverkan på vätgasrekombinatorer (PAR), samt källtermsrelaterade frågor kopplade till aerosoler och fördröjda utsläpp av fissionsprodukter. Experimenten genomförs i fem serier:
- I den första försöksserien studeras prestanda hos passiva autokatalytiska rekombinatorer (PAR) i en atmosfär innehållande vätgas (H2) och kolmonoxid (CO). Syftet är att förstå atmosfärens påverkan på t.ex. PAR-utrustningens rekombinationsstart, rekombinationshastighet och effektivitet i utarmningen av brännbara gaser, samt PAR-förgiftning och PAR-inducerad antändning.
- I den andra försöksserien studeras förbränning och flamutbredning i en gasblandning innehållande vätgas (H2), kolmonoxid (CO), ånga och luft. Syftet är att förstå hur den koldioxid (CO2) som bildas vid förbränning påverkar flammans utbredningshastighet i olika riktningar. Experiment görs för både homogena och skiktade gasblandningar.
- I den tredje försöksserien studeras jodoxiders (IOx) beteende i en inneslutningsatmosfär som innehåller små aerosolpartiklar som genereras i samband med degraderingen av härden. Syftet med försöken är att studera aerosolpartiklarnas uppbyggnad över tid, samt även att studera jodoxidernas stabilitet vid de temperaturer som förväntas råda i reaktorinneslutningen under haveriförhållanden.
- I den fjärde försöksserien studeras effekter på kvarhållandet av fissionsprodukter i vattenbassänger under betingelser som innefattar gasbubblor som passerar genom vattenvolymen, s.k. ”pool scrubbing”. Denna serie efterliknar scenarier under ett haveri där ång-/gasblandningar blåses ned i en vattenfas, t.ex. i en kondensationsbassäng eller en skrubber.
- Den femte och sista försöksserien kan ses som ett integralt test som kombinerar förhållandena från den första och den tredje försöksserien. Försöken inkluderar bildandet av jodoxider (IOx) genom oxidation av elementär jod (I2), jodoxidernas interaktion med vätgas (H2) och kolmonoxid (CO), PAR-utrustningens påverkan på den luftburna andelen av jodoxider (IOx), samt processer som kan medföra reduktion av dessa med återbildande av flyktig elementär jod (I2) som följd.
Syftet med programmet ESTER är att fylla kunskapsluckor avseende fördröjda utsläpp samt att ta fram en experimentell databas som möjliggör validering av de modeller som implementerats i beräkningskoder för säkerhetsanalys. Detta arbete bedrivs i tre faser:
- Analytiska tester av enskilda fissionsprodukter (jod, cesium, molybden och bor) utförs inledningsvis för att studera de olika fissionsprodukternas egenskaper. Försöken utförs i IRSN:s CHROMIA plattform som har en rad analytiska tekniker för kemisk analys och för karakterisering av aerosoler, bl.a. EPICUR-uppställningen som genererar och mäter radioaktiv jod i olika former i realtid under betingelser som efterliknar förhållandena i reaktorns primärsystem under ett svårt haveri.
- Semi-integrala tester genomförs sedan för att studera kopplade effekter mellan olika fissionsprodukter. Försöken utförs i IRSN:s CHIP-uppställning som kan generera blandningar med upp till sju olika ämnen och återmobilisera dessa i transportförsök som studeras i realtid.
- Autentiska tester som utförs i CEA:s VERDON-laboratorium där deponerat material från bestrålat bränsle studeras. Kinetiken för förångning och deponering kommer att studeras med hjälp av laboratoriets rörugn vilken är utrustad med bl.a. pyrometer, kamera och gammaspektrometrar.
Slutligen kommer ESTER också att genomföra experiment för att ytterligare studera reaktionsvägar mellan jod och organiska material eftersom organisk jod antas kunna bildas på fler sätt än vad som är känt idag.
SARNET startade 2004 som en del av EU:s sjätte ramprogram med målet att täcka det mesta av europeisk forskning inom området svåra haverier och bilda ett nätverk för kunskapsutbyte samt koordinera/integrera forskningen i viss utsträckning. Sedan 2013 har SARNET varit en integrerad del av NUGENIA (NUclear GENeration II & III Association), ett internationellt forum vars uppdrag är att koordinera all Europeisk forskning gällande generation II- och III-reaktorer. Nätverket har vunnit erkännande utanför Europas gränser och manga nya partners (Polen, Kanada, Japan m.fl.) bidrar nu till dess aktiviteter. Inte minst viktig är den konferens, ERMSAR (European Review Meeting on Severe Accident Research), som regelbundet anordnas av SARNET och där bland annat forskare från APRI presenterar sin forskning.
2. Examination of risk dominating phenomena, research at KTH.
Syftet med delprojektet är att skapa större insikt i de komplexa fenomen som inträffar i nedre plenum, vilket inkluderar:
- relokering av smälta från härdposition till nedre plenum,
- infiltrering av smält metall i oxidsmälta,
- dynamiken vid återsmältning av härdgrus bestående av multipla komponenter,
- värme- och massöverföring från smälta/härdgrus till tankvägg och genomföringar,
- fysikalisk/kemiska interaktioner som påverkar smältans egenskaper.
Experimentuppställningarna SIMECO-2 och REMCOD/MRSPOD kommer att användas för aktuella experiment. Beräkningskoden COCOMO kommer att utvecklas och valideras för simulering av återsmältning.
Målet med delprojektet är att ta fram modeller och verktyg för att kunna förutsäga mekanismerna vid tankgenomsmältning och frigörelsen av smälta från tanken. Detta innebär arbete med:
- utveckling och förfining av fysikaliska krypmodeller,
- förbättrad koppling mellan flödes- och strukturmekanismer,
- modellering av genomsmältning vid genomföringar,
- mekanismer vid genomsmältningsskedet,
- mekanismer vid avsmältning av tankmaterial samt igensättning av genomföringar.
Avsikten är också att utveckla ett mekanistiskt simuleringsverktyg som kan integrera effekterna vid återsmältning med den påverkan som dessa ger på tankens integritet.
Delprojektet ska fortsätta arbetet från tidigare projekt med att minska gapet mellan resultat från experiment utförda med simulantmaterial respektive prototypiska material. Målet är att förstå materialegenskapernas inverkan på interaktionerna mellan smälta och kylmedel. Experimenten inkluderar:
- studier av fragmentering och oxidation av smältdroppar i vatten,
- studier av interaktion mellan kylmedel och smälta vid små jetstrålar,
- effekter på ångexplosioner från underkyld vattenfas, överhettad smälta m.m.
I arbetet kommer bland annat zirkonium och järn att användas liksom specialtillverkade Zr/Fe/ZrO2-blandningar. Den unika MISTEE-anläggningen kommer användas vid experimenten.
Delprojektet ska undersöka betydelsen av de strukturer som finns under reaktortanken vid scenarier med tankgenomsmältning i en kokvattenreaktor. Syftet är att förstå vilken betydelse dessa strukturer har för smältans kylbarhet och för interaktioner mellan smälta och vatten.
Fram till idag har forskningen avseende ångexplosioner och smältans kylbarhet utgått ifrån antagandet att en sammanhållen smältstråle rinner från tankbotten ner i en djup vattenvolym i en referensanläggning av nordisk kokvattenreaktortyp. Det är dock välkänt att kokvattenreaktorer har en skog av strukturer och stödplattformar under tankbotten och att smältan måste passera dessa innan den når vattnet.
Arbetet inleds med att samla in detaljerad information kring dessa strukturer i en kokvattenreaktor av nordisk design och klassificera vilka av dem som bör ha en viktig påverkan på smälttransporten utanför tanken. Det fortsatta arbetet kommer att utforska och utveckla lämpliga metoder och angreppssätt för att kunna inkludera strukturerna i framtida analyser. Så småningom ska datormodeller utvecklas och tillämpas på referensanläggningen.
Delprojektet avser att främja tillämpning av forskningsresultat från KTH och internationella forskargrupper i en svensk kontext avseende reaktorsäkerhet.
Risken för ångexplosioner i en referensanläggning av tryckvattenreaktortyp där smältan landar i relativt grunt vatten ska utvärderas utifrån befintliga forskningsresultat. Likaså ska spridning och kylning av härdsmältan för motsvarande förhållanden studeras.
Utöver det genomförs en överblickande studie med målet att demonstrera att en jetstråle innehållande massiv mängd härdsmälta är fysiskt omöjlig för en svensk referensanläggning.
3. Accident chemistry
För att studera tellurreaktioner i primärkretsen kommer experiment att genomföras där tellur hettas upp till representativa temperaturer i en reaktionskammare tillsammans med andra fissionsprodukter och borsyra. Reaktionsprodukterna samlas upp på filter och i gasfällor. Med hjälp av flera olika analysmetoder är målet att identifiera flyktiga reaktionsprodukter som har potential att nå omgivningen via diffust läckage.
Genom experiment undersöks stabiliteten hos dimetyltellurid (DMT) i vatten när alkaliniteten förändras. Därefter kommer flyktigheten hos DMT studeras för olika temperaturer, pH och atmosfärsförhållanden. Avsikten är att fastställa vilka föreningar som är stabila när de når inneslutningens gasfas. Vidare kommer reaktioner mellan tellur och jod i vattenlösning undersökas experimentellt. Termodynamiska modeller föreslår att tellursyra potentiellt kan oxidera jodidjoner i lösning till gasformig molekylär jod men det saknas praktiska försök som kan bekräfta denna effekt.