MELCOR Capability Development for Simulation of Debris Bed Coolability

Abstract

Strategin för hantering av svåra haverier (SAM) från ett vattenfyllt nedre primärutrymme för nordiska kokvattenreaktorerna (BWR), så att härdsmältan (corium) som läckt ut från reaktortanken kan fragmentera och bilda en partikelformiggrusbädd. Nyckeln till framgången med denna SAM-strategi är kylbarheten av härdsmältan efter genomsmältning av reaktortanken (ex-vessel). Säkerhetsanalysen fordrar kunskap om reaktorns respons på svåra haverier enligt denna SAM-strategi, detta kräver en integrerad simulering av händelsen med en systemkod, som MELCOR. Eftersom MELCOR för närvarande saknar modellering av grusbäddar efter genomsmältning av reaktortanken, syftar denna studie på att utveckla MELCOR:s förmåga att simulera grusbäddars kylbarhet genom koppling av MELCOR till andra koder som är avsedda för detta fenomen. Studien utgår från utvärdering av en MELCOR-modell för analys av svåra haverier i en representativmodell för en nordisk kokarvattenreaktor. Syftet är att identifiera en korrekt härd nodalisering. Tre olika nodtyper (grovmaskig, medelmaskig och finmaskig) för nodalisering av härden används för att studera deras effekt på simuleringen av härdsmältans utsläpp. Den grovmaskiga nodaliseringen bedömdes lämpligast för den nuvarande studien, eftersom det inte bara är beräkningseffektivt, utan även förutspår tidigare reaktortankbrått och snabbare utsläpp av härdsmältan, vilket ger ett mer konservativt tillstånd för analys av kylbarhet av grusbädden. Två kopplingar antas sedan: i) koppling av MELCOR med den mekaniska koden COCOMO avsedd för simulering av termohydraulik i grusbäddar; och ii) koppling av MELCOR med en surrogatmodell utvecklad under denna studie. Den första metoden kan simulera störningar hos en grusbädd under kylningsprocessen. Den andra metoden kan effektivt förutsäga marginalerna mot torrkokning (dryout power) som krävs i säkerhetsanalysen. Surrogatmodellen är utvecklad baserat på COCOMOsförutsägelsen av tvådimensionella grusbäddar. IV De utvecklade simuleringsverktygen, inklusive de koppladekoderna och surrogatmodellen, tillämpas på säkerhetsanalysen av en referens nordisk kokarvattenreaktor BWR. Den kopplade MELCOR/COCOMO simuleringen används för att undersöka grusbäddens egenskaper. Den effektiva partikeldiametern är cirka 10% större än medeldiameter i för grusbäddsytaspartiklar med distribuerade partikelstorlekar som kvantifierats av snabbt nedkylningshastigheten. Grusbäddens form påverkar effekten av nedkylningsprocessen, en lägre lutningsvinkel ökar nedkylningen. Nedkylningsfrontens utbredning så som den lokala temperatur och inneslutningstrycket erhålls. Den kopplade MELCOR/surrogatmodellsimuleringen utförs för att uppskatta kylbarheten hos grusbäddar efter genomsmältning av reaktortanken. Resultaten visar att grusbäddar kan kylas under prototypiska förhållanden med sannolika grusbäddegenskaper. Surrogatmodellen används för att generera kylbarhetskartor, som beskriver systematiskt grusbäddens kylbarhet beroende på variation i grusbäddegenskaper. Känslighetsanalyser indikerar att porositet och geometrin är mest inflytelserika för marginalerna mot torrkokning. En metod för osäkerhetsanaly

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-301237