Weiterentwicklung numerischer Methoden zur Freisetzungs- und Dosisberechnung für hochdynamische SEWD auf Kernbrennstofftransporte

Abstract

As part of the consideration of possible risk scenarios for the transport of nuclear fuels, this project investigates the possible release of radioactive substances as a result of the impact of anti-tank weapons on transport and storage containers. To this end, numerical investigations are being carried out into the highly dynamic processes triggered by such impacts. In particular, the focus is on the escape of gases loaded with radioactive particles as a free jet through a small hole in the damaged container. In the previous research project „Experimentelle Untersuchungen eines diskontinuierlichen Freistrahls infolge Hohlladungseinwirkung“ (Experimental investigations of a discontinuous free jet due to shaped charge impact) /GRS 23/, essential experimental data for the characterization of a transient particle-loaded free jet were obtained. Based on these experimental principles, a numerical model for the simulation of the free jet and its relevant influencing variables is developed using computational fluid dynamics. A large number of simulations are carried out under different initial and boundary conditions as well as under variation of relevant parameters. The simulation results are evaluated in detail in order to quantify the influence of various parameters and to derive possible consequences. In addition, an analysis of the knowledge gained is carried out with regard to an application for optimizing the evaluation of nuclear fuel transports. Overall, this report shows that simulations on this topic can be carried out in a comprehensible and reproducible manner. Methods and models are presented that can be used in future to solve dispersion issues more quickly and in a more targeted manner. In addition, the effects of parameter variations and the effect of a canopy located in the dispersion area are classified. Im Rahmen der Betrachtung möglicher Risikoszenarien bei Kernbrennstofftransporten wird in diesem Vorhaben der mögliche Austritt radioaktiver Stoffe infolge der Einwirkung panzerbrechender Waffen mit Hohlladungsprinzip auf Transport- und Lagerbehälter untersucht. Dazu werden numerische Untersuchungen zu den hochdynamischen Prozessen durchgeführt, die durch solche Einwirkungen ausgelöst werden. Insbesondere das Austreten von mit radioaktiven Partikeln beladenen Gasen als Freistrahl durch ein kleines Loch im beschädigten Behälter steht dabei im Mittelpunkt. Im vorangegangenen Forschungsvorhaben „Experimentelle Untersuchungen eines diskontinuierlichen Freistrahls infolge Hohlladungseinwirkung“ /GRS 23/ wurden wesentliche experimentelle Daten zur Charakterisierung eines instationären partikelbeladenen Freistrahls gewonnen. Aufbauend auf diesen experimentellen Grundlagen wird ein numerisches Modell zur Simulation des Freistrahls und seiner relevanten Einflussgrößen mittels Computational Fluid Dynamics entwickelt. Eine Vielzahl von Simulationen wird unter verschiedenen Anfangs- und Randbedingungen sowie unter Variation relevanter Parameter durchgeführt. Die Simulationsergebnisse werden detailliert ausgewertet, um den Einfluss verschiedener Parameter zu quantifizieren und mögliche Konsequenzen abzuleiten. Darüber hinaus erfolgt eine Analyse der gewonnenen Erkenntnisse im Hinblick auf eine Anwendung zur Optimierung der Bewertung von Kernbrennstofftransporten. Insgesamt zeigt dieser Bericht, dass Simulationen zu dieser Thematik nachvollziehbar und reproduzierbar durchgeführt werden können. Es werden Methoden und Modelle vorgestellt, mit denen in Zukunft Fragestellungen zur Ausbreitung schneller und zielgerichteter gelöst werden können. Darüber hinaus werden die Auswirkungen von Parametervariationen sowie die Wirkung einer im Ausbreitungsgebiet befindlichen Haube eingeordnet.