Kärnkraftspaketet ES. Henrik Sjöstrand, tel ) Carl Hellesen

Transkript

1 Kärnkraftspaketet ES Henrik Sjöstrand, tel ) Carl Hellesen 1

2 Varför ett kärnkraftspaket? Viktig nationell och internationell energikälla Tekniskt (och sociotekniskt) avancerat system Ger möjlighet att träna många olika ingenjörsfärdigheter Stort rekryteringsbehov Kärnkraftverken, konsultbolag, SSM, SKB, Westinghouse Stora pensionsavgångar, uppgradering av befintliga reaktorer Nationell (UU och KTH) och internationell forskning (Frankrike) Forskningskompetens på Ångström Öppna anläggningar - Möjlighet till många relevanta industribesök Kompetenshöjning Trygga en säker framtida energiförsörjning med minimal miljöpåverkan Möjliggöra en seriös granskning SSM, opinionsbildare 2

3 Fissionens bidrag till mänskligheten 3

4 Nya roller för kärnkraft

5 Inriktning och kurser Kunskaps- och färdighetsmässigt så fokusera paketet mot fysik, modellering och simulering. Många av kurserna har stark koppling till branschen. 33 Modern fysik 5hp Kärnkraft - teknik och system, 10 hp 43 Framtida nukleära energisystem - analyser och simuleringar 5hp 43 Tillämpad reaktorfysik 5hp 51 Empirisk modellering 10hp 52 Säkerhetsanalyser inom energisektorn 5hp

6 Modern fysik Kursen är en bred kurs om fenomen som bygger på kvantfysik. Fenomen finns inom fasta tillståndets uppbyggnad av atomer och i atomers uppbyggnad av kärnor och elementarpartiklar. I fokus är kristallina ämnens atomära struktur och deras fysikaliska egenskaper samt materiens minsta beståndsdelar och deras växelverkningar.

7 Kärnkraft teknik och system 10 hp Gruva till slutförvar för dagens kärnkraft Efter genomgången kurs ska ni kunna: skissera på tekniska lösningar inom kärnteknikområdet samt förklara områdets tekniska och naturvetenskapliga principer integrera kunskap från olika delar av kärnteknikområdet för att lösa för området relevanta problem kritiskt jämföra olika reaktortyper ur hållbarhets- och säkerhetsperspektiv med numeriska verktyg simulera reaktorfysikaliska förlopp och schematiskt designa ett kärnkraftverk samt motivera de antaganden och val som gjorts Det här gör vi: Studiebesök SKB, CLAB och Äspö Simulerings- och designuppgift (matlab) Gästföreläsning(ar) Fördjupningsprojekt 7

8 Problem med dagens kärnkraft

9 Framtida nukleära energisystem analyser och simulering Framtidens nukleära energisystem måste lösa de problem som finns med dagens Avfallet Morgondagens reaktorer kan använda dagens avfall som bränsle Urantillgångarna Idag används endast 0.5% av tillgängliga energin i natururanet, morgondagens reaktorer kan använda resterande 99.5% I dagens avfall kan finns bränsle för tusentals år I kursen får ni lära er hur dessa tekniker fungerar Tex metallkylda breeder-snabbreaktorer Kursen är uppbyggd kring avancerade program för härdsimuleringar Ni får lära er hur program som används inom forskningen kring framtidens reaktorer fungerar I projektarbeten undersöker ni olika problem kring kärnkraften med hjälp av härdsimuleringarna Exempel på datorsimulering av en kärnreaktor

10 Empirisk modellering, 10 hp period 1 Konsten att gå från data till dynamisk modell Tekniken att bestämma dynamiska modeller från mätdata (Systemidentifiering) Kalibrerade dynamiska modeller används inom nästan alla discipliner har empirisk modellering ett mycket stort användningsområde. Kursen består av tre delar: 1) Teori och metoder för Empirisk modellering 2) Gästföreläsare från olika tillämpnings-områden som berättar hur de använder empirisk modellering 3) Projektarbete Empirisk modellering av några energirelaterade processer. Olika projektalternativ finns. Kärnkraftsprojekt: I BWR kan vid vissa driftlägen effektsvängningar förekomma. Viktigt att kunna detektera instabilitet. Undersök reaktorns stabilitetsmarginal m.h.a. verkliga mätdata!

11 Tillämpad reaktorfysik Tillämpad reaktorfysik erbjuder ett smörgåsbord av uppgifter som förekommer i branschen, t.ex.: PWR bränsle- och härddesign Anrikningsoptimering ur ett ekonomiskt perspektiv Fukushima, Stresstester eller något annat aktuellt inom kärnkraftsvärlden

12 Pågående exjobb Landelius Kim, Westinghouse Electric Sweden AB, Qualification of Westinghouse BWR lattice physics methods against critical experiments Svanström Sebastian, Tillämpad kärnfysik Load following with passive core using the SPARC-design, a conceptual study Åkerman Mattias Vattenfall Nuclear Fuel AB Förbättrade effektmarginaler med radiell anrikningsfördelning för PWR-bränsle

13 Säkerhetsanalyser inom energisektorn Safety Analyses in the Energy Sector 1FA594, 5 hp, period 52 Hur bedömer vi risker inom komplexa tekniska system, som kärnkraftverk? Hur förutsäger vi olika händelseförlopp om en enskild komponent fallerar? Kan vi säga att ett system är säkert, och i så fall, vad menar vi med det? Förkunskapskrav 120 hp teknik/naturvetenskap + Kärnkraft teknik och system Innehåll Riskbegreppet PSA (statistik!) och DSA (bokföring!) En hel del algoritmer och beräkningar (PSA) Projektarbete och fall-studier på verkliga händelser (vad hade hänt om...?) Datorlaborationer Gästföreläsningar Två viktiga verktyg: PSA = Probabilistisk SäkerhetsAnalys Vad kan gå fel? Hur troligt är det att det går fel? Vad blir konsekvenserna? DSA = Deterministisk SäkerhetsAnalys Uppfyller säkerhetssystemen sitt syfte? Om inte, vad blir konsekvenserna?

14 Exjobb Joakim Nordlander: Dimensionell stabilitet i PWR-patroner i Ringhals in collaboration with Vattenfall Nuclear Fuel. Fritz Malin, Forsmark Fallande styrstav i BWR Klas Sunnevik: Comparison of MAAP and MELCOR and evaluation of MELCOR as a deterministic tool within RASTEP, , Studsvik Scanpower Moa Ericsson Hur mycket kan man bygga ut kärnkraften vid införande av ett parallellt generation IV system med en Sodium-cooled fast reactor, SFR, på 1000 MWt utan att bygga ut det tänkta slutförvaret. Bolander Mattias Westinghouse, Nuclear Fuel PCI Failure Modeling Bydell Linn, Vattenfall Evaluation of the thermalhydraulic code GOTHIC for nuclear safety analyses

15 1. Concerns when designing a safeguards approach for the back-end of the Swedish fuel cycle 2. Investigation of void effects in boiling water reactor fuels using neutron tomography 3. CFD model of fluid flow in reactor. A simulation of velocity and heat distribution in a channel 4. Investigation of water films on fuel rods in boiling water reactors using neutron tomography 5. The intensity profile of a neutron beam of 96 MeV at TSL 6. Alternative measuring approaches in gamma scanning on spent nuclear fuel 7. Comparison of different nuclear fuel cycles for LWR applications 8. Dynamisk modellering av kärnreaktor 9. Optimization of material in proton-therapy collimators with respect to neutron production 10. Test and Analysis of Homogeneity Regarding Failure Intensity of Components in Nuclear Power Plants 11. "Modelling of the Reactor ContainmentCooling in OL1 and OL2" 12. Upgrade and validation of PHX2MCNP for criticality analysis calculations for spent fuel storage pools 13. Hydrogen production using high temperature nuclear reactors: A feasibility study 14. "Thermal-hydraulic modelling of Forsmark 1 NPP in TRACE: Validation versus the 25th of July, 2006 plant transient" 15. "Validering av Casmo-5M / Simulate-3" 16. Modeling of the steam system in a BWR: A Model of Ringhals Nuclear Fuel PCI Failure Modeling 18. "Icke-linjära modelleringsteknikerav förspänd betongkonstruktion: Reaktorinneslutningen på Forsmark 3" 19. "Calculation method based on CASMO/SIMULATE for isotopic concentrations of fuel samples irradiated in Ringhals PWR" 20. Control rod drop during hot zero power: RIA in BWR 21. Evaluation of the thermal-hydraulic software GOTHIC for nuclear safety analyses 22. Förutsättningarna för ett parallellt generation IV system vid svensk nybyggnation av kärnkraft. 23. Reactivity Analysis of Nuclear Fuel Storages: The Effect of 238U Nuclear Data Uncertainties 24. MCNP-modell för beräkning av neutrondos och DPA på reaktortanken vid Ringhals CFD simulation of pool dynamics in a nuclear reactor's condensation pool 26. Investigation of a Pin-PowerReconstruction Method Used bythe Nodal Code SIMULATE Optimization and design of a detection system based on transmission tomography with fast neutrons 28. Utvärdering av beräkningskoden APROS för användning i inneslutningsanalyser 29. Kvantifiering av osäkerheter i lyftkraftsmodellen 30. S e k r e t e s s Utvärdering av dimensionell stabilitet i PWR-patroner i Ringhals

16 Kärnkraftsbranschen AREVA NP Uddcomb AB ES-konsult Forsmark SSM GSE Power Systems Oskarshamns kärnkraftverk SKB Vattenfall Nuclear Fuel AB Westinghouse Electric Sweden AB

17 Till sist: Bli inte en blyatom! Rädda världen! Läs kärnkraftspaketet!

18 Kurs-innehåll för Tillämpad reaktorfysik Reaktorfysikens grunddata, begrepp och modeller (2-4 tim.) Räkneexempel som tillämpar teorin (4-7 tim.) Bränsleförsörjningscykeln (2 tim.) Vad händer i en LWR bränslestav under normaldrift? (5 tim.) PWR bränsle- och härddesign (8 tim.) BWR bränsle- och härddesign (8 tim.) Anrikningsoptimering ur ett ekonomiskt perspektiv. (2 tim.) Resttid, Fukuschima, Stresstester eller något annat intressant aktuellt inom kärnkraftsvärlden. (4 tim.) Studiebesök på Ringhals, Forsmark eller Vattenfall (1 dag) Kursen betygsätts genom obligatoriska inlämningsuppgifter, som kan ge högst godkänt. För betyg 4 och 5 krävs en skriftlig tentamen. Förkunskaper inom kärnkraftsteknollogi förutsätts.

19 Bakgrund och syfte Studentantalet på kärnkrafts-kurser vid Uppsala Universitet har ökat de senaste åren och fler kurser i ämnet har efterfrågats. Det finns ett kunskapsglapp mellan vad studenterna lär sig från kärnkraftskurserna och den kunskap som behövs och finns ute i industrin. En ny kurs behövs för att täppa till detta glappet. Det är en kurs där studenterna tillämpar den kunskap som har inhämtats på universiteten på arbetsuppgifter i kärnkraftsindustrin. Därför skapades en kurs i Tillämpad reaktorfysik, som gavs för första gången Tillämpad reaktorfysik är också öppen för branschfolk, som å andra sidan behöver komplettera eller repetera kärnkraftsteori. På så vis lär sig studenter och branschfolk av varandra och ett utbyte av erfarenheter och kunskap uppmuntras i en lagom stor grupp. Tillämpad reaktorfysik erbjuder ett smörgåsbord av uppgifter som förekommer i branschen, se nästa bild. Tillämpad reaktorfysik undervisas av specialister från Vattenfall.