Over de Fysica van Kernontwrichtende Ongevallen in Zware Vloeibaar Metaal Snelle Reactoren- Casestudy: MYRRHA -casestudy of getuigenis

MYRRHA is een snelle bestralingsinstallatie met neutronenspectrum die wordt gekoeld met vloeibaar lood-bismut-eutecticum (LBE) dat momenteel wordt ontwikkeld op het SCK-CEN. MYRRHA zal kunnen werken in subkritische modus (wanneer de faciliteit is gekoppeld aan een protonenversneller) en in kritieke modus. Voor de veiligheidsanalyse bestuderen we ongevallen op basis van ontwerp, maar ook ernstige ongevallen. Om ernstige ongevallen te beperken, hanteren we een retentiestrategie in schepen, omdat we geloven dat dit het meest effectief is om de radiologische gevolgen voor de bevolking te beperken. Dit houdt in dat we moeten analyseren of het schip in staat is om de mogelijk grote mechanische belasting te dragen die wordt veroorzaakt door een ernstig ongeval, bijvoorbeeld na een grote stroomuitval die wordt aangedreven door een reactiviteitsinsertie. Omdat snelle neutronenreactorkernen, in tegenstelling tot lichtwaterreactorkernen, niet ontworpen zijn om in de meest reactieve configuratie te zijn, zou een kerndegradatie die leidt tot brandstofverplaatsing of kernverdichting de reactiviteit kunnen verhogen en grote vermogensexcursies kunnen genereren die grote hoeveelheden energie afzetten in het vaartuig dat zijn integriteit en dus zijn opsluitingsfunctie uitdaagt. In het verleden zijn deze belangrijke storende ongevallen bestudeerd voor natriumgekoelde snelle reactoren. Hoewel dit type ongeval altijd als 'zeer onwaarschijnlijk' werd geclassificeerd, werden veel ontwerpen van snelle natriumreactoren sterk beïnvloed door de resultaten van de onderzoeken naar deze zogenaamde hypothetische kernverstorende ongevallen (HCDA's). Een familie van methoden om deze ongevallen te bestuderen is het Bethe-Tait-model. Bethe en Tait ontwikkelden in 1956 een analytisch model om de energie die vrijkomt in een met vloeibaar metaal gekoeld systeem te evalueren na een snel ongeval met kritieke reactiviteit. Het Bethe-Tait-model vereiste enkele belangrijke benaderingen die de schatting voor het vermogen en de energieafgifte zeer conservatief maken. In het originele model werd bijvoorbeeld geen rekening gehouden met Doppler-feedback en de excursie wordt beëindigd door een volledige demontage van de kern door koken van brandstof. Later werden gemodificeerde Bethe-Tait-modellen ontwikkeld die meer geavanceerde modellen zouden bevatten, zowel voor de neutronica als voor de hydrodynamica en de toestandsvergelijkingen voor de verschillende materialen. Later werden gespecialiseerde computercodes zoals SIMMER ontwikkeld om scenario's voor ernstige ongevallen in snelle neutronenreactoren van vloeibaar metaal te analyseren. SIMMER koppelt neutronica, thermo-hydraulische en brandstofpenmodellen om scenario's te evalueren in een zo goed mogelijke schatting. Op dit moment worden twee versies van SIMMER ontwikkeld: SIMMER-III (tweedimensionale geometrieën) en SIMMER-IV (driedimensionale geometrieën). Helaas is de rekentijd om deze scenario's te bestuderen erg groot, zeker voor de driedimensionale versie. Daarom zijn deze codes niet goed geschikt voor parametrische analyse of gevoeligheidsstudies die essentieel zijn bij een grondige veiligheidsanalyse. De ontwikkeling van een aangepast Bethe-Tait-model voor MYRRHA dat voor sommige referentiegevallen kan worden vergeleken met een SIMMER-III- of SIMMER-IV-berekening, zou die kloof kunnen overbruggen. Vertrekkend van een gepostuleerde configuratie van een binair systeem 'brandstof-LBE', zal de doctoraatsstudent de mogelijke demontagemechanismen in MYRRHA onderzoeken en een aangepast Bethe-Tait-model bouwen om de vermogensexcursies en bijbehorende energieversies te schatten. De promovendus zal relevante SIMMER-III-modellen bouwen om de fysica achter de opeenvolging van ongevallen te begrijpen. Promovendus bouwt een model om de energie die vrijkomt om te zetten in een mechanische belasting van het schip. Door al deze modellen toe te passen, zal de doctoraatsstudent een gevoeligheidsstudie uitvoeren naar de parameters die een impact kunnen hebben op de hypothetische kernverstorende opeenvolging van ongevallen in MYRRHA. Dit zal leiden tot aanbevelingen voor het ontwerp van de kern en het schip om het retentiebeleid binnen het schip te waarborgen.