Väitös: Kokeellisella tutkimuksella ja laskentamalleilla tietoa ydinvoimalaitosten turvallisuuden tueksi

19.10.2015

Ydinvoimalaitosten turvallisuuden suunnittelussa on varauduttava epätodennäköisen, mutta seurauksiltaan vakavan reaktorisydämen sulamisonnettomuuden mahdollisuuteen. VTT:n erikoistutkija Eveliina Takasuo tutki väitöstyössään huokoisen sydänromun jäähdytettävyyttä.

Vakavien onnettomuuksien hallinnassa keskeinen kysymys on, miten varmistetaan varioituneen sydämen jälkilämmön poisto ja estetään suojarakennuksen vaurioituminen ympäristöpäästöjen välttämiseksi.

DI Eveliina Takasuo on tutkinut väitöskirjassaan partikkelimaisen sydänmateriaalin jäähdytettävyyttä. Pohjoismaisilla kiehutusvesilaitoksilla sydänmateriaalin oletetaan vakavassa onnettomuustilanteessa päätyvän reaktoripainesäiliöstä suojarakennuksessa olevaan vesialtaaseen, jossa materiaali jäähtyy ja muodostaa huokoisen partikkelipedin. Partikkelipedin ominaisuudet, kuten huokoisuus, määräävät miten hyvin jäähdytteenä toimiva vesi pääsee jäähdyttämään pedin sisäosia. Riittävä vesivirtaus petiin takaa lämmönpoiston kiehumisen avulla ilman, että peti pääsee kuivumaan ja kuumenemaan.

Väitöskirjassa on esitetty uusi kokeellinen tutkimus, jossa partikkelipedin kekomainen muoto ja monimutkainen virtaustilanne on otettu huomioon aiempia tutkimuksia kattavammin. Tutkimuksessa mitattiin laboratoriokokeissa kuivumislämpöteho kuudelle erimuotoiselle partikkelipedille. Kuivumisteho sekä kuivumisen jälkeinen lämpötilakäyttäytyminen kertovat, kuinka suuri lämpöteho pedistä voidaan turvallisesti poistaa. Kuivumistehojen vertailu paljasti, mitkä partikkelipedin muodot ovat jäähdytettävyyden kannalta suotuisia ja mitkä huonompia.

Ydinvoimalaitosten turvallisuusarvioinneissa numeerisilla laskentamalleilla on keskeinen rooli, joten laskentamallien luotettavuuden varmistaminen kokeista saatavaa tietoa vasten on tärkeää. Kokeiden lisäksi väitöstutkimuksessa hyödynnettiin 2D- ja 3D -virtauslaskentamalleja, joilla simuloitiin partikkelipetien kuivumiskäyttäytymistä. Osassa simulaatioista sovellettiin laskennallista virtausdynamiikkaa, minkä avulla veden ja höyryn kaksifaasivirtaus partikkelipetiin on mahdollista kuvata tarkemmin kuin yleisesti käytetyillä, yksinkertaisemmilla laskentamalleilla. Kokeellisen tutkimuksen ja erilaiset laskentamallit yhdistävä lähestymistapa lisää ymmärrystä partikkelimaisen sydänromun käyttäytymisestä ja laskentamalleihin liittyvistä epävarmuuksista sekä auttaa alan asiantuntijoita valitsemaan turvallisuusanalyyseihin parhaiten soveltuvat mallit.

Diplomi-insinööri Eveliina Takasuon energiatekniikan alaan kuuluva väitöskirja Coolability of porous core debris beds (Huokoisen sydänromun jäähdytettävyys) tarkastetaan 23.10.2015, klo 12, Lappeenrannan teknillisen yliopiston salissa 1382.  

Väitöskirja sähköisenä:
http://www.vtt.fi/inf/pdf/science/2015/S108.pdf

Ota yhteyttä
Asiakaspalvelu
Sähköpostiinfo@vtt.fi
Puhelin020 722 7070
Avoinna arkisin klo 9.00 - 11.00 ja 12.00 - 15.00