Termomecánica De Combustible

Combustible de alto quemado 

Como consecuencia de la optimización de varios aspectos de la producción eléctrica, desde medioambientaleshasta económicos, la tendencia de la industria es intentar extraer mayor energía del combustible nuclear, por ejemploaumentando el quemado. Sin embargo, durante su permanencia en el reactor, el combustible nuclear sufre cambios que deterioran sus propiedades térmicas y mecánicas (oxidación, fragmentación, etc). Por tanto, se deben establecernuevos criterios de seguridad que garanticen la fiabilidad de los diseños actuales de combustible durante periodos extendidos de irradiación.

Almacenamiento en seco

La decisión de construir un almacenamiento temporal de combustible (ATC) en España, promovió la creación de un grupo de trabajo sobre almacenamiento y transporte de combustible gastado. El grupo integró representantes del CSN, ENRESA, UNESA, ENUSA y CIEMAT. Partiendo de la información emanada de dicho grupo de trabajo, la Unidad de Investigación en Seguridad Nuclear ha emprendido una revisión de las bases técnico-científicas que sustentan los criterios y bases de diseño que regulan ambas actividades en otros países.

Proyectos

OECD-CABRI

El proyecto internacional CABRI (Francia) está dedicado la investigación relativa al comportamieto termomecánico delcombustible de alto quemado durante accidentes de inserción de reactividad (RIA).

La Unidad de Investigación en Seguridad Nuclear participa activamente en este proyecto, modelando y analizando experimentos de tipo RIA. Entre 2011 y 2013 la UNSR participo en un ejercicio comparativo llevando a cabo la modelación y el análisis de 9 experimentos. Desde 2014 la unidad participa en la segunda fase de este ejercio comparativo que incluye, además de la modelización, cálculo de incertidumbres y analisis de sensibilidad .

OCED-HALDEN

El proyecto del reactor Halden (Noruega) se enmarca en las actividades OCDE-NEA y  está respaldado por más de 130 organizaciones en 19 países. Se basa principalmente en la realización de experimentos y análisis de los  mismos.

El programa de trabajo está dividido en diferentes áreas, la Unidad de Investigación en Seguridad Nuclear está principalmente involucrada en el análisis de experimentos de pérdida de refrigerantes, tipo LOCA.

OECD-SCIP (Studsvik Cladding Integrity Project, Suecia)

Este proyecto está dedicado a verificar aspectos de seguridad relativos al combustible nuclear, en particular la resistencia a la corrosión y resistencia a interacción pastilla-vaina, tanto en condiciones normales de funcionamientocomo en  transitorios.

La Unidad de Seguridad en Investigación Nuclear participa activamente en el proyecto, a través del análisis y modelización de experimentos. Además la Unidad ha coordinado un ejercicio internacional de intercomparación dedicado al análisis de rampas de potencia.  

ESCP (Extended Storaged Colaboration Program)

Programa de colaboración internacional sobre aspectos relacionados con la seguridad del combustible gastado en almacenamiento en seco extendido a más de 60 años.

La Unidad de Investigación en Seguridad Nuclear forma parte del subcomité de combustible.

Herramientas

Análisis de Estacionario

  • FRAPCON: código de cálculo para la simulación del comportamiento termomecánico del combustible altamente irradiado en condiciones de estado estacionario. Este código está desarrollado y mantenido por PNNL (USA).

Análisis de Transitorios 

  • FRAPTRAN: código de cálculo dedicado la simulación del comportamiento termomecánico del combustible altamente irradiado durante transitorios de  tipo RIA y LOCA. Este código está desarrollado y mantenido por PNNL (USA).
  • SCANAIR: código de cálculo dedicado a la simulación del comportamiento termomecánico del combustible altamente irradiado durante transitorios de tipo RIA. Este código está desarrollado por el IRSN en colaboración con EDF.

Almacenamiento en seco

  • FRAPCON-xt: extensión propia del código FRAPCON diseñada para modelar el comportamiento del combustible durante la fase de almacenamiento en seco.

Termofluidodinámica

  • FLUENT: herramienta computacional dedicada al análisis termofluidodinámico en tres dimensiones, aplicada a sistemas de almacenamiento en seco. Este código está desarrollado por ANSYS.

Dedicación - experiencia

Actualmente el equipo dedicado a la investigación en termomecánica de combustible está formado por 5 personas, con una decicación de 4.2 personas/año.

En total, este área de investigación acumula más de 35 años de experiencia en el campo de la termomecánica de combustible.

Enlaces

Instalación experimental

LASS: Laboratorio de Análisis de Sistemas de Seguridad

La Unidad de Seguridad en investigación Nuclear cuenta con una instalación experimental única en España, el Laboratorio de Análisis de Sistemas de Seguridad (LASS). LASS se construyó a finales de los 80 dentro del llamado consorcio LACE-España. En ese momento consistía simplemente de una instalación dedicada a los estudios deaerosoles (PECA). Desde entonces las capacidades del LASS se han adaptado a las exigencias internacionales sobre experimentación en accidente severo. Durante el periodo 2000-2013 la instalación PECA ha estado dedicada a estudios sobre retención de aerosoles en secuencias SGTR (Steam Generator Tube Rupture), enmarcados en los proyectos internacionales EU-SGTR, ARTIST y ARTIST2. La última actualización importante de la instalación está enmarcada dentro del desafortunado accidente de Fukushima y está enfocada al proyecto internacional PASSAM(2013-2016). El objetivo de este proyecto es el desarrollo y mejora de los sistemas de venteo filtrado de la contención (FCVSs).

Objetivos

El objetivo general de LASS es proporcionar una plataforma experimental multi-propósito capaz de albergar diferentes experimentos destinados a arrojar luz sobre varios aspectos del término fuente, incluido el impacto de lossistemas de seguridad. Dada la compleja naturaleza de los escenarios abordados, los experimentos en LASS implican abordar áreas como la termohidraulica, la fisica de aerosoles y la transferencia de masa y la transferencia de calor.

Los principales objetivos de LASS son:

  • Desarrollar programas experimentales bien coordinados con las actividades teóricas nacionales y / o internacionales.
  • Responder a la demandas externas en el ámbito de competencias de la Unidad de Seguridad Nuclear, siempre que estén de acuerdo con los requisitos y capacidades LASS o las modificaciones necesarias sean razonables.

Para ello LASS cuenta con distintas Instalaciones:

  • PECA: Plant for Experiments on Collection of Aerosols
  • GIRS: Gas Iodine Removal by Sprays
  • RECA: Recombination Efficiency of Catalytic Aerosol-loaded systems