Spezialisierungsfach Simulation kerntechnischer Anlagen

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1 Spezialisierungsfach Simulation kerntechnischer Anlagen A. Trometer E. Laurien, J. Starflinger Quelle: Institut für Kernenergetik und Energiesysteme Pfaffenwaldring Stuttgart

2 Der Reaktorunfall in Fukushima Daiichi 2011 Quelle: Quelle: A. Trometer Übersichtsvortrag Spezialisierungsfach SimKTA 2

3 Betätigungsfelder in der Kerntechnik nach dem Ausstieg Kernkraftwerke Betrieb, Wartung, Nachrüstung, Stilllegung und Rückbau Neubauten im Ausland (Polen, Finnland, Schweden, Niederlande, Großbritannien) Nukleare Sicherheitstechnik Begutachtung bestehender Anlagen Forschung an verbesserten Sicherheitskonzepten Ausbreitung radioaktiver Stoffe Radioaktiver Abfall Behandlung und Charakterisierung Betrieb von Zwischenlagern Erforschung und Erkundung von Endlagern (Sanierung des Forschungsbergwerks Asse) Andere Anwendungsbereiche Strahlenschutz und Strahlenmesstechnik Nuklearmedizin: Strahlentherapie, Markerstoffe für CT und PET A. Trometer Übersichtsvortrag Spezialisierungsfach SimKTA 3

4 Spezialisierungsfach SimKTA (M.Sc.) Module mit 6 LP Nr. Name Dozent LP Turnus Kerntechnische Anlagen zur Energieerzeugung Starflinger 6 SS + WS Simulation kerntechnischer Anlagen (Anlagendynamik) Reaktorphysik und sicherheit Buck / Trometer Starflinger / Buck 6 SS + WS 6 SS + WS Thermofluiddynamik kerntechnischer Anlagen Laurien 6 WS Methoden der numerischen Strömungssimulation Laurien 6 WS A. Trometer Übersichtsvortrag Spezialisierungsfach SimKTA 4

5 Spezialisierungsfach SimKTA (M.Sc.) Module mit 3 LP Nr. Name Dozent LP Turnus Simulation der Ausbreitung radioaktiver Schadstoffe Scheuermann 3 WS Einführung in das Software- Engineering kerntechnischer Simulationssysteme Scheuermann 3 WS Anmerkungen: Bitte das Modul Kerntechnische Anlagen zur Energieerzeugung zuerst belegen, da die Grundlagen in den anderen Veranstaltungen nicht wiederholt werden. Grundkenntnisse in Thermodynamik und Strömungslehre sind sinnvoll A. Trometer Übersichtsvortrag Spezialisierungsfach SimKTA 5

6 Kerntechnische Anlagen zur Energieerzeugung (6 LP) Kernreaktoren in Deutschland und weltweit Physikalische Grundlagen der Kerntechnik Druck- und Siedewasserreaktoren EPR Reaktorsicherheit Fortschrittliche Reaktorkonzepte Quelle: Brennstoffkreislauf A. Trometer Übersichtsvortrag Spezialisierungsfach SimKTA 6

7 Simulation kerntechnischer Anlagen (6 LP) Reaktordruckbehälter ATHLET-Repräsentation eines RDB Modellierung thermohydraulischer Netzwerke Numerische Lösungsmethoden Systemcodes für die kerntechnische Anlagensimulation Simulation von Transienten und Störfallszenarien mit ATHLET Praktische Übungen mit ATHLET und ATLAS A. Trometer Übersichtsvortrag Spezialisierungsfach SimKTA 7

8 Reaktorphysik und sicherheit (6 LP) Grundlagen der Kernspaltung Neutronenphysikalische Auslegung eines Reaktorkerns Kernreaktionen / Wirkungsquerschnitte Neutronenbremsung Neutronendiffusion in elementarer Behandlung Eingruppen-Näherung Neutronenfluss Leistungsdichte Transiente Vorgänge Langzeitverhalten, Abbrand, Xenondynamik A. Trometer Übersichtsvortrag Spezialisierungsfach SimKTA 8

9 Reaktorphysik und sicherheit (6 LP) Grundzüge der Reaktorsicherheit: Sicherheitsprinzipen Barrienenprinzip Defense-in-Depth Sicherheitssystem von DWR und SWR inkl. passiver Wirkmechanismen Ablauf und physikalische Phänomene bei schweren Störfällen mit Kernschmelzen Sicherheitsanalysen: Probabilistische Sicherheitsanalysen Deterministische Sicherheitsanalysen Risiko Beispiel: Schmelzeaustritt aus einem RDB und Ausbreitung in einem Core Catcher A. Trometer Übersichtsvortrag Spezialisierungsfach SimKTA 9

10 Thermofluiddynamik kerntechnischer Anlagen (6 LP) Aufbau und Thermohydraulik von Druck- und Siedewasserreaktoren Grundlagen der Thermofluiddynamik t = 40 s Vorhersage-, Analyse- und Messmethoden für Auslegung und Sicherheitsnachweis Ansätze und Methoden der mehrdimensionalen, numerischen Modellierung von Zweiphasenströmungen Verdampfungs- und Kondensationsvorgänge t = 68 s Beispiel: Strömungsvermischung im Downcomer eines Reaktordruckbehälters (RDB) A. Trometer Übersichtsvortrag Spezialisierungsfach SimKTA 10

11 Methoden der numerischen Strömungssimulation (6 LP) Simulation eindimensionaler kompressibler Strömungen Dreidimensionale Grundgleichungen der Strömungsmechanik Grundlagen der Diskretisierung Netzgenerierung Finite-Differenzen Methoden Finite-Volumen Methoden Beispiel: Strömungsablösung bei zunehmender Rohrkrümmung A. Trometer Übersichtsvortrag Spezialisierungsfach SimKTA 11

12 Simulation der Ausbreitung radioaktiver Schadstoffe (3 LP) Physikalische Grundlagen der Ausbreitungsprozesse - Freisetzung - Transport - Dosisberechnung Modellierung in einem Simulationssystem KKW Anforderungen an das Simulationssystem zum Einsatz im Rahmen des Notfallschutzes am Beispiel ABR Beispiel: Ausbreitungsrechnung einer Freisetzung in einem Kernkraftwerk (KKW) A. Trometer Übersichtsvortrag Spezialisierungsfach SimKTA 12

13 Einführung in das Software-Engineering kerntechnischer Simulationssysteme (3 LP) Realität Grundlagen und Methoden des Software- Engineering Grundkenntnisse zur Modellierung und Simulation Anwendung der Methoden des Software- Engineerings zur Reduktion der Komplexität bei - Entwurf - Erstellung - Test - Wartung Spezifische Anforderungen des Notfallschutzes: - Ausfallsicherheit - Einfache Handhabung - Ergebnisqualität Abstraktion Modellierung der Teile Ingenieursmodell Zusammensetzung Komponentenmodelle Systemmodell A. Trometer Übersichtsvortrag Spezialisierungsfach SimKTA 13

14 Warum wollen wir euch? Umgang mit (rück-) gekoppelten Systemen Beherrschung partieller Differentialgleichungen und Programmanwendungen Bewältigung komplexer Fragestellungen Technische Kybernetiker Sinn für Realität und Anwendungsbezug A. Trometer Übersichtsvortrag Spezialisierungsfach SimKTA 14

15 Modifiziert aus Quelle: A. Trometer Übersichtsvortrag Spezialisierungsfach SimKTA 15