Forschungskonzept für die Entwicklung eines generischen Analysesimulators für einen Forschungsreaktor

Abstract

Im Rahmen eines vom Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicher heit (BMU) geförderten Eigenforschungs- und Entwicklungsvorhabens wurde ein generischer Analysesimulator für einen Forschungsreaktor vom sogenannten "Open-Pool" Typ mit einem Kompaktkern erstellt. Ziel dieses Projekts war die Entwicklung von Methoden zur Analyse von Forschungsreaktoren. Hierbei stand die methodische Durchführung deterministischer Sicherheitsanalysen im Vordergrund. Dies schließt insbesondere den Vorgang der Entwicklung eines Eingabedatensatzes ein. In der Modellerstellung wurden die begrenzt vorliegenden Daten zur Referenzanlage im Bedarfsfall durch Annahmen ergänzt. Die thermohydraulische Modellerstellung umfasst das Primärkühlsystem mit dem Reaktorkern, Rohrleitungen des Primärkühlsystems, Rückschlagklappen, Pumpen und Wärmetauscher. Das Sekundärkühlsystem ist aufgrund fehlender Daten vereinfacht dargestellt und mit Randbedingungen (Fill und Time-Dependent Volume) versehen. Das Not- und Nachkühlsystem ist mit drei Strängen und Pumpen sowie dem Reaktorbecken modelliert. Weiterhin sind die Naturumlaufklappen als Verbindung zwischen Reaktorbecken und Primärkreislauf modelliert. Ebenso wird das Reaktorgebäude vereinfacht dargestellt. Die leittechnische Modellierung umfasst Grundfunktionalitäten relevanter betrieblicher und sicherheitstechnischer Systeme. Dies schließt eine vereinfachte Logik zum Abschalten der Hauptkühlmittelpumpen sowie eine vereinfachte Logik zur Steuerung der Not- und Nachkühlpumpen ein. Weiterhin ist das Öffnungsverhalten der Naturumlaufventile als Logikbaustein nachgebildet. Zur Simulation der Reaktorschnellabschaltung wird ein vereinfachtes Reaktorschutzsystem modelliert. Die Modellierung wird mit einer stationären und transienten Simulation überprüft. Das Anlagenmodell gibt Referenzwerte gut wieder und verhält sich plausibel. Abschließend sind zwei Störfallsimulationen mit einem teilweisen blockierten Kernkanal durchgeführt worden. As part of a research and development project funded by the Federal Ministry for the Environment, Nature Conservation and Nuclear Safety (BMU), GRS has been developed a generic analysis simulator for research reactors of an open-pool type with a compact core. Aim of the project was the development of methods to analyse research reactors. Focus was on the methodological performance of deterministic safety analyses. This also included the approach to develop the input deck based on to the GRS simulation code ATHLET. Within the mode development of the reference plant the data were only available to a limited extent which required in case of need best guess assumptions. The development of the thermal-hydraulic model comprises the primary cooling system including the reactor core, pipes of the primary coolant system, check valves, pumps and heat exchanger. The secondary system is modelled in a simplified manner using bound ary conditions (with fill and time-dependent elements) due to unknown data. The emergency cooling system is modelled with three loops and pumps as well as the reactor basin. Further, the natural circulation flaps between the reactor basin and the primary coolant system are modelled as well as a simple replication of the reactor building is given. The model of the I&C systems comprises basic functionalities of relevant operational and safety-oriented systems. This includes a simplified logic for the shut-down of the main coolant pumps as well as the controlling of the emergency cooling system. Furthermore, the characteristic of the opening of the natural circulation valves is modelled by a logical controller. The simulation of the reactor scram is based on a simplified model. The developed plant model has been tested by a stationary and a transient simulation. The simulated plant behavior is plausible, and the obtained results are in good agree ment to the reference values. Finally, two events with a partial blockage of a core channel has been performed and described.