Reaktiivisuusonnettomuuden analysointi Olkiluoto 3 -laitosyksikön Apros-mallilla

Abstract

Tässä diplomityössä analysoidaan Olkiluoto 3 -laitosyksiköllä tapahtuvaa reaktiivisuusonnettomuutta. Positiivinen reaktiivisuuslisäys ydinreaktorissa aiheuttaa äkillisen tehonnousun, joka voi vahingoittaa polttoainetta niin, että radioaktiivista materiaalia vapautuu jäähdytteeseen. Tällaisia onnettomuuksia on todistettu sekä tutkimus- että tehoreaktoreiden käyttöhistoriassa, ja ne ovat osaltaan vaikuttaneet reaktorisuunnittelun kehitykseen.

Säätösauvan ulossinkoutumisesta aiheutuva reaktiivisuustransientti simuloidaan Apros-ohjelmistolla, joka ratkaisee kolmiulotteisen reaktoridynamiikan sekä koko laitosyksikön termohydrauliikan. Lisäksi Apros-malliin on sisällytetty laitoksen tärkeimmät automaatio- ja sähköjärjestelmät. Analyysissa käytetään parhaan arvion ja tilastollisen epävarmuusanalyysin menetelmää ja transientti toteutetaan rajoittavista, mutta realistisista alkutiloista.

Simulointituloksista huomataan, että transientin aikana suurimmat havaitut polttoaineen lämpötilat ja entalpia-arvot eivät ylitä vaurioitumisrajoja. Laitos saadaan nopeasti hallittuun tilaan sen jälkeen, kun reaktiivisuuden hallinta varmistetaan reaktorin pikasululla. Epävarmuusanalyysin herkkyystarkastelusta havaitaan, että polttoaineen lämmönjohtavuudella on merkittävä vaikutus tuloksiin. Sen mallinnusta tarkentamalla voidaan pienentää tulosten epävarmuutta. Analyysityön yhteydessä Apros-mallista löydettiin useampia virheitä, joten sen validoimista tulee jatkaa vielä tulevaisuudessa.

In this master's thesis a reactivity accident in Olkiluoto 3 plant unit is analyzed. In a nuclear reactor a positive reactivity insertion causes rapid power excursion which may lead to a failure of the fuel rods and release radioactive material into the coolant. Such accidents have occurred in the history of research and power reactors and led to an improvement of safety philosophy and reactor design.

Reactivity accident caused by control rod ejection is simulated with Apros system code which is capable of calculating three-dimensional reactor dynamics and thermal hydraulics of the whole plant unit. In addition, all the essential automation and electricity systems are included in the same model. Best estimate plus uncertainty method is used in the analysis and the transient is started from penalizing but realistic initial states of the plant.

From the obtained results it can be concluded that temperatures and enthalpy values do not exceed the damage limits even during the most penalizing transient. The reactivity control is ensured by the reactor trip and after that the plant rapidly reaches controlled state. Sensitivity study implemented with the uncertainty analysis revealed the great impact of the fuel conductivity. More accurate modelling of the conductivity can help to reduce the uncertainties of the simulation results. During the analysis process some errors were found from the plant model. Thus it is essential that the validation of the model will be continued in the future.