Applications of the SCANAIR code for the simulation and interpretation of reactivity initiated accidents

Thumbnail Image

Files

master_Arffman_Asko_2010.pdf (33.11 MB)

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

School of Science | Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.

Authors

Date

2010

Department

Informaatio- ja luonnontieteiden tiedekunta

Major/Subject

Ydin- ja energiatekniikka

Mcode

Tfy-56

Degree programme

Language

en

Pages

85

Series

Abstract

The SCANAIR code due to French research organisation IRSN (Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire) has been developed to model the mechanics, thermal hydraulics and fission gas behaviour of a single fuel rod during the reactivity initiated accident (RIA). For the last few years, an outdated version of the code, SCANAIR V4 (V4beta to be exact), has been in use and under development at VTT. The new version of SCANAIR, V6, was made available to VTT in spring 2009. There are two major improvement areas in the new SCANAIR version compared to the previously used version. Firstly, the thermal hydraulics modelling has been improved substantially. The second major development is the introduction of a module that calculates the rod failure mechanics. This module named CLARIS is a post-processing tool that utilizes the SCANAIR results in the prediction of rod failure probability in RIA. The introduction of the code at VTT and the evaluation of the new and improved models of the code were done within this thesis. In practice this was executed by calculating a set of selected validation tasks. At first however, the relevant RIA related issues and the models in SCANAIR are presented in the thesis to have a basic understanding of the research field and the code. As a first application, a hypothetical boron dilution accident in a VVER type reactor was calculated to test the thermal hydraulic model of the code in pressurized water reactor (PWR) conditions. The second validation task considered the evaluation of the CLARIS module by calculating an RIA test named LS-1. The third task was to instigate the evaluation of the SCANAIR calculation uncertainties that are induced by the steady-state initialization of the calculation. The initialization is conducted by using a separate steady-state code. The new SCANAIR code version with the new models was stated to perform as expected. The convergence problems afflicting the PWR conditions with the previously used code version were absent. The fracture mechanical approach of CLARIS was found to have sources of uncertainties that make the failure evaluation somewhat inexact. Of all the initialization data, the initialization of the fission gases was concluded to have the most profound effect on SCANAIR results. The goals set for this thesis were met with the calculated validation tasks, and improvement areas within the modelling were distinguished. With the validation work reported in this thesis, the obligations of the in-kind work specified in the SCANAIR software licence agreement for the year 2009 have been fulfilled.

Ranskalaisen IRSN-tutkimusorganisaation (Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire) SCANAIRkoodi on kehitetty mallintamaan yksittäisen polttoainesauvan mekaniikkaa, termohydrauliikkaa ja fissiokaasujen käyttäytymistä reaktiivisuusonnettomuuden (RIA) aikana. Viime vuosina VTT:llä on ollut käytössään ja kehitettävänä vanhentunut versio koodista, SCANAIR V4 (tarkemmin V4beta). Vuoden 2009 keväänä VTT:n saataville tuli uusi versio koodista. Uudessa SCANAIR-versiossa on kaksi keskeistä edistysaluetta edelliseen käytössä olleeseen versioon verrattuna. Ensinnäkin termohydrauliikan mallinnusta on parannettu huomattavasti. Toinen tärkeä edistysaskel on sauvan rikkoutumismekaniikkaa laskevan moduulin käyttöönotto. Tämä CLARIS-niminen jälkiprosessointityökalu hyödyntää SCANAIR:in tuloksia sauvan reaktiivisuusonnettomuuden aikaisen rikkoutumistodennäköisyyden ennustamisessa. Tämän diplomityön puitteissa suoritettiin koodin käyttöönotto VTT:llä ja arvioitiin koodin uusia ja paranneltuja malleja. Käytännössä tämä toteutettiin laskemalla joukko valikoituja kelpoistustehtäviä. Aluksi työssä esitellään reaktiivisuusonnettomuuteen liittyvät merkitykselliset pääasiat ja SCANAIR:in mallit tutkimusalan ja koodin perustietojen saamiseksi. Ensimmäisenä sovelluksena laskettiin hypoteettinen boorinlaimentumisonnettomuus VVER tyyppisessä reaktorissa koodin termohydrauliikkamallin testaamiseksi painevesireaktoriolosuhteissa. Toinen kelpoistustehtävä käsitteli CLARIS-moduulin arviointia LS-1 nimisen RIA-testin laskennan avulla. Kolmas tehtävä oli käynnistää laskennan perussäteilytysalustuksen aiheuttamien SCANAIR:in laskentaepävarmuuksien arvointi. Alustus tehdään käyttämällä erillistä perussäteilytyskoodia. Uuden SCANAIR:in koodiversion todettiin toimivan odotusten mukaisesti. Aiemmassa koodiversiossa painevesireaktoriolosuhteissa vaivanneita konvergenssiongelmia ei esiintynyt. CLARIS-moduulin murtumamekaniikkaa käyttävästä lähestymistavasta löytyi epävarmuuslähteitä, jotka tekevät rikkoutumisarvioinnin jossain määrin epätarkaksi. Kaikista perussäteilytystiedoista eniten SCANAIR:in tuloksiin pääteltiin vaikuttavan fissiokaasujen alustus. Diplomityön tavoitteet saavutettiin kelpoistustehtävien laskennalla, ja mallinnuksen kehityskohteita havaittiin. Tässä diplomityössä raportoitujen kelpoistustehtävien myötä SCANAIR:in ohjelmistolisenssisopimuksessa määritellyt luontoissuorituksena tehtävät työt on toteutettu vuoden 2009 osalta.

Description

Supervisor

Salomaa, Rainer

Thesis advisor

Kelppe, Seppo

Keywords

SCANAIR, SCANAIR, reactivity initiated accident, reaktiivisuusonnettomuus, pellet-cladding mechanical interaction, pelletin ja suojakuoren välinen mekaaninen vuorovaikutus, CLARIS, CLARIS, LS-1, LS-1, boron dilution accident, boorinlaimentumisonnettomuus

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-2020122357083

Collections

[dipl] Perustieteiden korkeakoulu / SCI