Termomechanický návrh jaderného paliva

Vztahy:

Podmínkou zápisu na předmět 17TNAP je, že student získal v některém z předchozích semestrů zápočet z předmětu 17TERP

Garant předmětu:

Přednášející:

Cvičící:

Předmět zajišťuje:

katedra jaderných reaktorů

Anotace:

Předmět termomechanický návrh paliva přímo navazuje na předmět 17TMECH. Základy získané ve zmíněném předmětu jsou dále prohlubovány směrem k relevantním podkapitolám bezpečnostních zpráv lehkovodních reaktorů (Kapitola - Reaktor) a návrhu konstrukce jaderného paliva. Budou představeny jednotlivé součásti palivového systému (tablety, povlak, palivový soubor, regulační orgány) společně s jejich vlivem na základní bezpečnostní a provozní funkce jaderných reaktorů. Budou diskutována základní provozní/bezpečnostní/limitní kritéria používaná americkou NRC, jejich vznik a význam a z nich vyplývající omezení na konstrukci palivového systému nejen ve všech provozních stavech, ale také při přepravě, přepracování, skladování nebo ukládání vyhořelého jaderného paliva. Základní limity pro návrh palivového systému budou ověřovány výpočetně a pomocí pokročilých simulačních nástrojů jako Bison a FAST. Na závěr budou probírány i aktuální trendy ve vývoji nových jaderných paliv jako Lightbridge palivo, double-cooled fuel, Accident Tolerant Fuels nebo jevy spojené se zvyšováním obohacení a vyhoření současného paliva.

Požadavky:

Osnova přednášek:

1.Konstrukce a návrh tablet - geometrické limity, termofyzikální limity dle NRC; nominální provoz + mezní havárie

2.Konstrukce a návrh palivového povlaku - používané slitiny; provozní omezení; kritéria a limity dle NRC

3.Palivový proutek - Kompatibilita materiálů; radiační poškození; PCMI a PCI limity

4.Palivový soubor – mechanická konstrukce palivových souborů – pevnost, ohýbání, debris, mřížky.

5.Ověření kritérií pomocí FAST a Bison – referenční úlohy

6.Coupling výpočetních nástrojů - Iterativní přístup k návrhu palivového sytému

7.Nové trendy ve vývoji palivových systémů - Pokročilé materiály, Vyhořívající absorbátory, Zvyšování obohacení a vyhoření

Osnova cvičení:

Studenti jsou nejprve seznámeni s výpočetními kódy BISON a FAST, ve kterých provedou základní validační úlohy. Dále bude řešeno spojení TM a TH výpočetních nástrojů a s následným ověřením a diskuzí používaných limitů a kritérií. Pomocí těchto nástrojů budou modelovány také navržené nové konstrukce paliva s cílem optimalizace jeho konstrukce.

Cíle studia:

Studijní materiály:

Povinná literatura:

[1]K. Whittle: Nuclear Materials Science, Bristol, UK: IOP Publishing Ltd, 2016

[2]NEA/OECD: Nuclear Fuel Safety Criteria Technical Review (Second Edition), OECD Publishing, 2012

[3]Hales J. et al.: BISON Theory Manual The Equations behind Nuclear Fuel Analysis, Idaho National Laboratory (INL), Idaho Falls, ID (United States), 2016

Doporučená literatura:

[4]Was G.S.: Fundamentals of Radiation Materials Science, New York, NY: Springer New York, 2017

[5]U.S. NRC: NRC: 10 CFR Appendix A to Part 50—General Design Criteria for Nuclear Power Plants

[6]NEA/OECD: State-of-the-Art Report on Light Water Reactor Accident-Tolerant Fuels, vol. 2018

Poznámka:

Další informace:

Pro tento předmět se rozvrh nepřipravuje

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Jaderné inženýrství - Jaderné reaktory (povinně volitelný předmět)