Termomechanika jaderného paliva

Zápočet z předmětu 17TERP v některém z předchozích semestrů je podmínkou pro zapsání předmětu 17TNAP

Garant předmětu:

Martin Ševeček

Přednášející:

Martin Ševeček

Cvičící:

Martin Ševeček

Předmět zajišťuje:

katedra jaderných reaktorů

Anotace:

Předmět podrobně seznamuje studenty se základy termomechaniky jaderného paliva. Úvodní část je věnována konstrukci paliva pro různé typy reaktorů s důrazem na tlakovodní reaktory a připomenutím základů Jaderného palivového cyklu. Dále jsou detailně probírány jednotlivé části jaderného paliva od konstrukce a základních vlastností palivových tablet přes mezeru palivo/pokrytí až po samotné palivové pokrytí. Podrobně jsou prezentovány jednotlivé fyzikální modely popisující tepelné i mechanické vlastnosti palivových elementů do vysokých vyhoření a jejich vzájemné vazby. Po seznámení se základními modely a chování jednotlivých elementů jaderného paliva jsou diskutovány vzájemná propojení a jejich vliv na konstrukci jaderných reaktorů a jejich bezpečnost. Na závěr je prezentována konstrukce palivových souborů, jejich základní části a mechanická konstrukce. Teoretické znalosti budou rozvíjeny ve cvičení, kde budou probírány základy termomechanických kódů společně s praktickým cvičením pomocí výpočetních kódů FRAPCON a FRAPTRAN.

Požadavky:

Osnova přednášek:

1.Termomechanika paliva a základní typy paliv

2.Palivo - Teplofyzikální (teplotechnické) vlastnosti palivových tablet

3.Palivové pokrytí - Vlastnosti pokrytí palivového elementu

4.Palivový proutek - Vedení tepla v mezeře palivo-pokrytí, interakce palivo-pokrytí

5.Palivový soubor – konstrukční části a mechanický návrh

6.Chování a popis palivového systému při normálních provozních podmínkách a AOO

7.Chování paliva při projektových haváriích, bezpečnostní kritéria jaderného paliva.

8.Chování vyhořelého jaderného paliva při suchém skladování, přepravách a ukládání.

Osnova cvičení:

Studenti jsou nejprve seznámeni s výpočetním kódem FRAPCON, pomocí nějž provedou základní validační úlohy. Dále provedou validační úlohy s kódem FRAPTRAN, který je určen pro simulaci chování palivových proutků v tranzientních stavech. V dalším cvičení budou oba kódy propojeny pomocí nástroje SNAP a studenti provedou simulaci komplexního problému, kdy je nejprve palivo provozováno v normálních provozních podmínkách a v určitém momentu nastane definovaná havárie. Závěrečnou úlohou bude implementace materiálových charakteristik do obou výpočetních kódů a simulace chování palivového proutku s nově definovanými materiálovými a teplo-fyzikálními vlastnostmi

Cíle studia:

Studijní materiály:

Povinná literatura:

[1]Motta A.T., Olander D.R., Wirth B.: Light Water Reactor Materiále, American Nuclear Society, 2017

[2]Geelhood K., Luscher W.: FRAPCON-4.0 Integral Assessment, PNNL-19418 Vol, vol. 2, 2015

[3]Todreas N.E., Kazimi M.S.: Nuclear systems, volume I, CRC Press, 2012, ISBN 978-1-4398-0887-0

Doporučená literatura:

[4]Bailly H., Ménessier D., Prunier C.: The Nuclear Fuel of Pressurized Water Reactors and Fast Reactors, Design and Behaviour, Lavoisier Publ. Inc., 1999

Poznámka:

Rozvrh na zimní semestr 2023/2024:

Rozvrh není připraven

Rozvrh na letní semestr 2023/2024:

Rozvrh není připraven

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Jaderné inženýrství - Jaderné reaktory (PS)