US-Laboratorium integriert Echtzeit-Visualisierung in Tests zu Kernunfällen

Die severe accident testing station (SATS) am ORNL ist die einzige inländische Einrichtung, die diese simulierten Ausfälle an kommerziellen, radioaktiven Brennstäben durchführen kann. Die schützende Außenhülle, die als Hülle (Cladding) bekannt ist, hält den Kernbrennstoff.

Die Sammlung präziser Daten zu diesem Aufbau hilft der Atomindustrie, regulatorische Unsicherheiten zu verringern. Diese Tests unterstützen ein breiteres nationales Vorhaben zur Zulassung, die es kommerziellen Reaktoren ermöglichen, länger zu laufen und mehr Strom zu erzeugen, ohne die Kosten zu erhöhen.

Stromnachfrage und regulatorische Genehmigungen: Rechenzentren und künstliche Intelligenz-Systeme erhöhen die Nachfrage nach stabiler Stromversorgung. Anstatt neue Anlagen zu errichten, möchten Stromversorger bestehende Leichtwasserreaktoren optimieren.

Technik, Energie und Einsatz

Dieser Prozess, der als Leistungssteigerung (Power Uprate) bezeichnet wird, erhöht den Stromertrag, indem das Brennstoffmaterial bei höheren Temperaturen betrieben wird und die Betriebsmargen angepasst werden. „Eine Leistungssteigerung bedeutet, den elektrischen Ertrag einer Anlage durch Optimierung ihrer Betriebsmargen – und wo angemessen durch Aufhebung übermäßig konservativer Richtlinien – zu steigern, sodass das Brennstoffmaterial bei höheren Leistungsniveaus betrieben werden kann", sagte Nathan Capps, leitender Mitarbeiter für Forschung und Entwicklung im Bereich Brennstoffmantel und Kerninnerungen.

Wenn Versorger Leistungssteigerungen mit verlängerten Brennstofflebensdauern kombinieren, erzeugen sie mehr Energie aus denselben Ressourcen. Bislang hat die Nuclear Regulatory Commission (NRC) 171 Leistungssteigerungen genehmigt.

Dies hat dem US-Stromnetz eine Leistung hinzugefügt, die acht neuen Reaktoren entspricht, ohne dass neue Bauvorhaben erforderlich waren. Versorger müssen jedoch vor der Genehmigung dieser Betriebsänderungen durch die NRC experimentelle Daten vorlegen, die die Sicherheit belegen.

Was die Studie zeigt

Simulationsprozess Um einen Unfall nachzubilden, bei dem Kühlwasser aus dem Reaktorkern austritt, Wissenschaftler des Oak Ridge National Laboratory (ORNL) einem spezifischen Ablauf. Ein Brennstabsegment mit einer Länge zwischen 1 und 12 Zoll wird in ein Quarzrohr eingebracht und mittels Abstandshalter zentriert.

Anschließend erhöhen die Forscher den Druck im Inneren des Segments, um den inneren Spannungszustand eines vollständigen aktiven Brennstabs nachzubilden. Sodann erhitzt ein Infrarotofen die Probe mit kontrollierter Geschwindigkeit auf eine Zieltemperatur. Abschließend spült Wasser die Kammer aus, um das Segment auf Raumtemperatur abzukühlen.

Der gesamte Prozess dauert zwei bis drei Minuten. SATS nutzt zwei Stationen, um diese Forschung durchzuführen. Die erste Station befindet sich in einem Standardlabor, um Experimente zu planen und nicht-radioaktive Materialien zu testen.

Die zweite Station ist in einer

Die zweite Station ist in einer stark abgeschirmten Hot Cell untergebracht, um dieselben Parameter an radioaktivem kommerziellem Brennstoff durchzuführen. Neben strukturellen Veränderungen erfasst das System, wie eingeschlossene Gase bei Temperaturspitzen entweichen und wie sich der Brennstoff bei einem Ausfall verhält.

Anwendungsbereiche: Brennstoffhersteller nutzen die Daten des ORNL zur Erstellung für die regulatorische Prüfung. In den letzten vier Jahren hat das Oak Ridge National Laboratory (ORNL) 16 LOCA-Tests gemeinsam mit Unternehmen wie Southern Nuclear, Constellation, Westinghouse, Framatome und Global Nuclear Fuel durchgeführt.

Das Labor plant, sein Testvolumen zu verdoppeln, um den steigenden Netzbedarfen der Versorger gerecht zu werden.