Das GRS-Leistungsspektrum: Reaktorsicherheit, Entsorgung, Umweltschutz

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1 Das GRS-Leistungsspektrum: Reaktorsicherheit, Entsorgung, Umweltschutz GRS Köln, 06. Juni 2007 Fortschrittliche Analysewerkzeuge und Rechenmethoden V. Teschendorff GRS Fachforum, 06. Juni

2 Neue Aufgaben für die Reaktorsicherheitsforschung Neue Betriebsweisen zur wirtschaftlichen Optimierung Erhöhung von Leistung und Abbrand Längere (technische) Lebensdauer der Anlagen Erhöhte Anforderungen an Genauigkeit und Aussagesicherheit Neue technologische Entwicklungen Digitale Leittechnik Korrosionsfeste Hüllrohrmaterialien, MOX Neue Erkenntnisse aus Experimenten und Analysen Anstöße zur Methodenentwicklung aus dem Erfahrungsrückfluss GRS Fachforum, 06. Juni

3 Aufgabe der Forschung in der GRS in ihrer Rolle als TSO Die GRS versteht sich als Technical Safety Organisation (TSO). Als TSO betreibt sie eigene F&E zur Erhöhung des Standes von W&T und nutzt diese zur Erfüllung ihrer Aufgaben. Dazu muss Forschung vorausschauend angelegt sein; sie muss aktuelle Fragestellungen aufgreifen, darf sich jedoch nicht von Ad-hoc-Aufgaben dominieren lassen. F&E braucht Kontinuität, um ehrgeizige Ziele zu erreichen. GRS Fachforum, 06. Juni

4 Mittel des BMWi für RS-Forschung in der GRS 14 GRS-Mittel für RS-Forschung Deborierung Flugzeugabsturz Mio Jahr GRS Fachforum, 06. Juni

5 Themengebiete der RS-Forschung in der GRS Stör- und Unfallabläufe nukleares Dampferzeugungssystem Stör- und Unfallabläufe Containment Reaktorphysik/Brennstabverhalten Komponentenverhalten und Strukturzuverlässigkeit Analysezentrum/Simulator Probabilistische Sicherheitsanalysen GRS Fachforum, 06. Juni

6 Erhöhte Anforderungen an die Simulationswerkzeuge Kopplung von Prozessen ( Multi-Physics ), z. B. Thermohydraulik/Neutronenkinetik Integrierte Simulation auf einheitlicher Benutzeroberfläche mit unterschiedlichen Anforderungen: Visualisierung, Interaktivität, Systematische Umsetzung von Anwendererfahrungen Umfassende Validierung trotz beschränkter Anzahl von Experimenten Erhöhung der Aussagesicherheit, Unsicherheitsanalyse GRS Fachforum, 06. Juni

7 Qualitätsmanagement für Codeeinsatz System von Simulations- Codes (Toolbox): Methoden nach Stand von W&T QM-Plan, Validierung Benutzeranleitungen Anwender: Schulung Qualifizierung Erfahrung Organisation: Sicherheitskultur Ausstattung QM, Zertifizierung GRS Fachforum, 06. Juni

8 Themen des Fachgebietes Reaktorphysik Bereitstellung nuklearer Basisdaten 3D-Kernberechnungen Gekoppelte Codes mit 3D-Neutronenkinetik für Störfallberechnungen Reaktivitäts- und Nuklidinventarberechnungen für Brennelemente Berücksichtigung der Unsicherheiten GRS Fachforum, 06. Juni

9 Leistungsverteilung zum Purdue UO2/MOX Benchmark mit DORT (16 Gruppen) und Vergleich mit MCNP und DeCART 1,8 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 DORT (16 Gruppen) 6% 4% 2% 0% -2% -4% -6% Relative Abweichung zu DeCART (47 Gruppen) GRS Fachforum, 06. Juni

10 Rechenprogrammsystem der GRS GRS Fachforum, 06. Juni

11 Störfall im ungarischen KKW Paks-2 GRS Fachforum, 06. Juni

12 Störfall in Paks-2, Nachrechnung mit ATHLET-CD Node Brennstabtemperaturen im festen Brennelement Temperatur ( C) Zeit (h) GRS Fachforum, 06. Juni

13 Simulationsumfang und Module von ASTEC CPA: Thermohydraulik und Aerosolverhalten im Containment SYSINT CPA SOPHAEROS Notkühlwasserspeicher SYSINT: SOPHAEROS: Steuerung der Sicherheitssysteme Verhalten von Aerosol- und Spaltproduktdämpfen am Reaktorkühlkreislauf VULCAIN ELSA VULCAIN: Kernschmelzen, Thermohydraulik im Reaktorkühlkreislauf ELSA: Spaltprodukt-Freisetzung WECHSL Wasser RUPUICUV Wasser WECHSL: RUPUICUV: Schmelze/Beton Wechselwirkung Schmelzeaustrag und Verteilung im Containment GRS Fachforum, 06. Juni

14 PANDA im Bau, heute gefördert im OECD-Projekt SETH GRS Fachforum, 06. Juni

15 Unsicherheit von Rechenergebnissen Modelle Anfangs- und Randbedingungen Materialeigenschaften Nodalisierung Numerische Parameter Ausgangszustand Reaktoranlage Skalierungseffekte Störfallrechnung Ergebnisse und Unsicherheiten GRS Fachforum, 06. Juni

16 Aussagesicherheit von Rechenergebnissen Unsicherheits- und Sensitivitätsanalysen haben für bestestimate -Rechnungen zunehmende Bedeutung Der Trend wird durch regulatorische Forderungen verstärkt Die GRS hat eine international führende Methode entwickelt, die auch praktische Vorteile gegenüber anderen Methoden hat Im OECD/NEA/CSNI-Programm BEMUSE ( Best Estimate Methods Uncertainty and Sensitivity Evaluation ) wenden 9 von 10 Organisationen die GRS-Methode an GRS Fachforum, 06. Juni

17 BEMUSE Benchmark-Ergebnis zur Nachrechnung von LOFT L2.5, Unsicherheitsband der maximalen Hüllrohrtemperatur, geordnet nach zunehmender Bandbreite Temperatur (K) Untergrenze Streuband Referenzlösung Obergrenze Streuband Experiment GRS PSI UPC UNIPI NRI-2 NRI-1 CEA IRSN KAERI KINS Organisation GRS Fachforum, 06. Juni

18 PSA Methodenentwicklung: 4 Säulen-Konzept der GRS Säule I: Weiterentwicklung und Verbesserung der in Deutschland verfügbaren PSA-Methoden entsprechend dem internationalen Stand von W&T Säule II: Abbau methodischer Defizite durch die Entwicklung neuer Methoden Säule III: Verbesserung der Werkzeuge für eine effiziente Durchführung von PSA (bis zur Stufe 2) Säule IV: Erprobung neuer bzw. weiterentwickelter Methoden und Werkzeuge anhand einer Referenz-PSA GRS Fachforum, 06. Juni

19 Herausforderungen an die Forschung in der GRS zum Erhalt ihrer fachlichen Spitzenstellung auf Kerngebieten der Reaktorsicherheit Neue Fragestellungen und Anforderungen aufgreifen Anlagen: Leistungserhöhung, Brennelemente, Alterung,... Methoden: 3D-Simulation, Interaktive Simulation, Kopplungen,... Sich objektivem Leistungsvergleich stellen Benchmarks, Internationale Standardprobleme Fachzeitschriften, Fachtagungen GRS-Position durch nachhaltige Kooperation absichern Kompetenzverbund Kerntechnik, CFD-Forschungsverbund Vertraglich vereinbarte Entwicklungspartnerschaften (IRSN, Kurtschatow-Institut,...) und Europäische Netzwerke (SARNET, ) GRS Fachforum, 06. Juni

20 Zusammenfassung und Ausblick Eigene Forschungs- und Entwicklungstätigkeit bleibt eine unverzichtbare Grundlage für die Kompetenz und fachliche Unabhängigkeit der GRS. Schwerpunkte zukünftiger Vorhaben sind Weiterentwicklung und Validierung von Rechenprogrammen für Stör- und Unfallanalysen Quantifizierung der Aussagesicherheit von Rechenergebnissen Methodenentwicklung zur PSA. Kontinuität der Forschung und personelle Erneuerung sind unabdingbare Voraussetzungen für den Kompetenzerhalt in der GRS auf den wichtigsten Themenfeldern der Reaktorsicherheit. GRS Fachforum, 06. Juni