Granskning av införande av GE14 i Oskarshamn 3

Tillsynsrapport Datum: 2013-10-02 Er referens: 2012-02745 samt 2012-15772 Diarienr: SSM2012-679 Granska i tillsyn Oskarshamn 3 Ansvarig handläggare: Anna Alvestav Arbetsgrupp: Jan In de Betou, Elisabeth Rudbäck Samråd: Per-Olof Hägg Godkänt av: Annelie Bergman Granskning av införande av GE14 i Oskarshamn 3 Sammanfattning OKG har valt GENUSA som ny leverantör av bränsle till Oskarshamn 3 och bränsletypen GE14 laddas som ersättningsbränsle från revisionsavställningen för Oskarshamn 3 2013 (RA3-13). Även Oskarshamn 1 har sedan 2012 GE14. Oskarshamn har tidigare själva begränsade erfarenheter av GE14 men drifterfarenheter finns från Forsmark, Ringhals och TVO. Anmälan som inkommit till SSM gäller uppdateringar av konstruktionsrapporter och säkerhetsanalyser som visar på GE14:s kompatibilitet med anläggningen samt uppdateringar som gjorts av tillämpbara SAR-avsnitt. Anmälan har gjorts i två delar, dels för bränsletypen GE14 och dels för en utveckling av konstruktionen med en fasthållningsfjäder vilken medförde en uppdatering av ärendet. Strålsäkerhetsmyndigheten (SSM) bedömer att GE14 kan användas i Oskarshamn 3 utan ytterligare begränsningar eller villkor. Strålsäkerhetsmyndigheten Swedish Radiation Safety Authority SE-171 16 Stockholm Tel:+46 8 799 40 00 E-post: registrator@ssm.se Solna strandväg 96 Fax:+46 8 799 40 10 Webb: stralsakerhetsmyndigheten.se

Sida 2 (8) Bakgrund OKG AB har i ett brev, daterat 2 februari 2012, anmält GE14 som ersättningsbränsle till Oskarshamn 3. Anmälan kompletterades med en anmälan av en teknisk ändring (en fasthållningsfjäder), daterat 29 juni 2012. Till anmälan har bifogats en projektrapport [1], en beskrivning av planerad uppföljning av bränslet [2] samt rapporter från säkerhetsgranskningen, PSG [3], [4] och FSG [5], [6]. Projektrapport och uppföljningsprogram finns i två versioner men PSG och FSG gjordes separat för de båda anmälningarna. SSM har beslutat att granska ärendet den 17 februari 2012. SSM efterfrågade referenser till projektrapporten 30 mars 2012, vilka inkom SSM den 16 april 2012. SSM efterfrågade ytterligare referenser till projektrapporten i två omgångar till; 29 maj 2013, vilka inkom SSM den 12 juni 2013 och 20 juni 2013 vilka inkom 28 juni 2013. Därutöver ställdes en fråga 26 juni 2013 vilken fick svar på mail samma dag. Syfte med granskningen Granskningen syftar till att bedöma OKG:s redovisning av det nya bränslet GE14. Granskningen omfattar OKG:s anmälan för att vid Oskarshamn 3 använda GE14 som ersättningsbränsle samt begärt kompletterade material. Granskningen görs enligt SSM:s granskningsprocess. SSM vill med granskningen kontrollera att bränslet uppfyller alla tillämpliga föreskriftskrav, om internationell praxis och guider följts och om projektet utförts enligt gällande instruktioner. Granskningens genomförande SSM har valt att utföra fördjupad granskning på analyserna för fasthållningsfjädern, av torrkokningskorrelationen och av kriticitetssäkerhetsanalyserna. Övriga områden granskas övergripande. Granskningen har förutom underlaget i anmälan omfattat rapporterna i [7] till [16]. Krav Anmälan granskas mot krav i SSM:s föreskrifter. De krav som har beaktats vid granskningen av GE14 för Oskarshamn 3 är: 2 kap. 1 SSMFS 2008:1, om djupförsvaret samt att förhindra oavsiktlig kriticitet 3 kap. 2 SSMFS 2008:1, om att konstruktionslösningar skall vara beprövade eller utprovade 4 kap. 1 SSMFS 2008:1, om säkerhetsanalyser och modeller 4 kap. 3 SSMFS 2008:1, om säkerhetsgranskning 17 SSMFS 2008:17, om att komponenter ska vara miljötåliga 23 SSMFS 2008:17, om beaktande av stabilitet 27 SSMFS 2008:17, om att det skall finnas fastställda driftgränser för varje bränslekonstruktion

Sida 3 (8) Beskrivning av bränslet GE14 är ett bränsle med ett 10x10 stavgitter varav 14 stavar är dellånga. Åtta positioner upptas av två vattenkanaler vilka upptar 4 stavpositioner vardera. Varje knippe har åtta spridare vilka är anpassade till stavgittret med dellånga stavar. Spridarna är av Zircaloy-2 med fjädrar i Alloy X-750. Boxen är gjord av Zircaloy-2 och har förstärkta hörn. Bränslet är verifierat för patronutbränningar upp till 55 MWd/kgU kompletterat med en maximal uppehållstid i reaktorn på 86000 EFPH (Effective Full Power Hours). Verifieringarna är gjorda i konstruktions- och säkerhetsanalyserna för GE14 och sammanfattas i [7]. Enligt [7] är GE14 är kompatibelt med befintligt bränsle framförallt genom att det är god tryckfallskompatibilitet. Hantering av GE14 i lyft och förvaring i anläggningen är verifierat. GE14 var vid tiden för anmälan inte preliminärt godkänt för transport för Oskarshamn 3 enligt SKB:s transporthandbok, men det förväntas vara godkänt för CLAB vid införande i härd. En viktig del av konstruktionen för O3 är skräpfiltret DEFENDER tillsammans med en starkare fasthållningsfjäder. Skräpfiltret i GE14 sitter i bränslets bottenplatta vilket ger ökade lyftkrafter på knippet jämfört med tidigare använda konstruktioner som har skräpfiltret i övergångsstycket på boxen. För att möta förhållandena i Oskarshamn 3 har fasthållningsfjädrar introducerats på bränslet. Drifterfarenheter och uppföljning av bränslet I [2] redovisas en sammanfattning av drifterfarenheter av GE14. Erfarenheterna med GE14 som OKG beskriver är representativa för Oskarshamn 3 för en lägre effektnivå. I och med effekthöjningen i Oskarshamn 3 har patronkylflödet ökats och det är lämpligt att följa upp hur detta påverkar bränslet. Planerad uppföljning av driften med GE14 i Oskarshamn 3 har tagits fram av OKG och beskrivs i [2]. Uppföljningen kommer att fokusera på tendenser till nötningsskador och funktion av fasthållningsfjädern. SSM:s bedömningar SSM bedömer att GE14 är en beprövad konstruktion. Drift med det höga flöde som är nödvändigt vid höjd effekt är inte lika beprövat men OKG har en plan för att följa upp påverkan på bränslet vid drift med högt flöde. Därmed uppfylls 3 kap. 2 SSMFS 2008:1 om beprövade eller utprovade konstruktionslösningar

Sida 4 (8) OKG:s Analyser Mekanisk design GENUSA har kontrollerat GE14-bränslets mekaniska kompatibilitet med Oskarshamn 3 och utvärderat den mekaniska konstruktionen. GENUSA har analyserat stavkonstruktion och TMOL (Thermal Mechanical Operating Limit) för GE14. OKG, avdelning TH, har granskat underlaget och slutsatsen är att alla designkriterierna som ställs för Oskarshamn 3 är uppfyllda. I GE14 till Oskarshamn 3 har en fasthållningsfjäder införts för att ha minst 20 % marginal till lyft även vid det högsta kylflödet. Fasthållningskraft är analyserad i rapporten för mekanisk design, [8], och den konservativa minsta fasthållningskraften används i den sammantagna lyftkraftsanalysen i [9]. Med fasthållningsfjädrarna som införts innehålls kriterierna för att förhindra lyft av knippet med önskad marginal. Hydrering i Zircaloy-2 diskuteras i underlaget från GENUSA. En designgräns på 350 ppm för kapslingen sätts upp i [8] och GENUSA predikterar att deras Zircaloy-2 kommer att innehålla den. Väteupptaget förväntas bli upp till 350 ppm som mest i områden med lokal utbränning på 70 MWd/kgU vid förväntade transienter under drift. Prediktionen baseras på GENUSA:s erfarenhetsdatabas som består av ett flertal stavar från olika anläggningar och täcker höga utbränningar och långa residenstider, [10]. SSM:s bedömningar SSM har bekräftat att de faktorer som skall beaktas enligt SAR A1 Avsnitt 2.8.1.1 Övergripande krav på bränsle- och härdkonstruktion Mekanisk konstruktion, har beaktats. SSM har gått igenom underlaget som visar på vilka påfrestningar som bränslet utsätts för under drift och att OKG har bekräftat bränslets integritet under drift. Påfrestningar som har kontrollerats är lyftkrafter, korrosion och hydrering i kapsling och boxmaterial, mekaniska belastningar, kemipåverkan, formbeständighet vid neutronbestrålning. SSM bedömer att GE14 är en konstruktion som passar i Oskarshamn 3 och den aktuella varianten har anpassningar till reaktorn som fasthållningsfjädrar och därmed uppfylls krav enligt 17 SSMFS 2008:17. SSM gått igenom underlaget som visar på beteende hos bränslet under drift och bedömer att GE14 är mekaniskt kompatibelt med aktuellt bränsle i Oskarshamn 3:s härd och designkraven är uppfyllda samt att det finns en driftgräns för termomekaniska belastningar. Därmed uppfylls krav enligt samt 27 SSMFS 2008:17. Nukleär design och kriticitetssäkerhet OKG har visat att det med GE14 är möjligt att konstruera en härd som innehåller kraven med avseende på effektfördelningar, reaktivitetsstyrning och återkoppling i en jämviktshärd. För varje ny härddesign kommer kraven att bekräftas vara uppfyllda för aktuell härd i den cykelspecifika säkerhetsredovisningen, CSR.

Sida 5 (8) OKG har analyserat kriticitetssäkerheten i torrförråd och bränslebasänger, [11] och [12]. Det utrymme som har minst marginal i kriticitetsanalyserna är torrförrådet. Detta blir begränsande med avseende på vilken anrikningsnivå som kan användas. För torrförrådet finns en ursprunglig analys av SVEA-64 med PHOENIX-3/KENO-V.a. Nya bränsletyper kan jämföras med SVEA-64 i CASMO-analyser och därigenom verifiera kriticitetsmarginalen. I [11] har kriticitetssäkerheten analyserats för alla aktuella bränsletyper för Oskarshamn 1-3 med CASMO-4E v 2.10.12. För torrförrådet innehålls kriticitetskraven om medelanrikningen inte är högre än 4,3 w/o 235 U och bränslet innehåller en minimimängd brännbar absorbator. I bränslebassängerna finns god marginal till kriticitet, [12]. Analysen är generisk för alla aktuella bränsletyper för Oskarshamn 3 och inkluderar GE14. Kriticitetssäkerheten kommer att kontrolleras i CSR för varje ersättningsladdning när medelanrikningen har fastställts. OKG, avdelning TH, har granskat underlaget. Slutsatsen är att alla designkriterier är uppfyllda. SSM:s bedömningar SSM har bekräftat att de faktorer som skall beaktas enligt SAR A1 Avsnitt 2.8.1.2 Övergripande krav på bränsle- och härdkonstruktion Nukleär konstruktion har beaktats. SSM har gått igenom analyserna av kriticitetssäkerhet i förvaringsutrymmena och bedömer att GE14 är kompatibel med Oskarshamn 3 med avseende på nukleär design och kriticitetssäkerhet och därmed uppfylls 2 kap. 1 SSMFS 2008:1 om att förhindra kriticitet vid lagring av kärnämne. SSM bedömer vidare att analyserna av förhållandena i lagringsutrymmena har gjorts med verifierade och beprövade modeller som är i överensstämmelse med anläggningens utformning samt att en högsta tillåten anrikning har beräknats. Därmed uppfylls 4 kap. 1 SSMFS 2008:1 om användning av verifierade modeller. Termohydraulisk design GENUSA har analyserat GE14-bränslets termohydrauliska konstruktion med avseende på tryckfall, lyftkrafter och igensättning, [9]. Lyftkraftsberäkningarna är gjorda enligt OKG:s analysmetod och GENUSA:s standardmetod, slutsatserna baseras på OKG:s metod. OKG, avdelning TH, har granskat underlaget och slutsatsen är att alla designkriterierna är uppfyllda. Transienter och stabilitet i en härd med GE14 har analyserats utifrån en jämviktshärd där det verifierats att det är möjligt att utforma en härd som uppfyller kraven. OKG har tagit fram jämviktshärd och gjort transientanalys med BISON. Driftgränser och dämpkvoter verifieras senare i de cykelspecifika analyserna. Systemet för att detektera och undertrycka instabiliteter har verifierats fungera med GE14 i härden. OKG har implementerat torrkokningskorrelationen GEXL14 för egna program för analyser av härdar innehållande GE14 vid härdoptimering, bestämning av torrkokningsgränsvärde, cykelspecifika säkerhetsredovisningar och härdövervakning. Resultat av beräkningar hos OKG och GENUSA redovisas i [13] och överensstämmelsen är god. I [14] verifieras att samma osäkerhet på 6 % i kan användas i minsta tillåtna torrkokningskvot under transienter (SLMCPR) även för GE14 och korrelationen GEXL14.

Sida 6 (8) Torrkokningskorrelationen som används för GE14 är GEXL14, den beskrivs i [15]. I [16] verifieras GEXL14 för GE14. Korrelationens användningsområde är 4,8 9,7 MPa, 136 2448 g/sec-m2 (motsvarar ett HC-flöde på 1058 19037 kg/s), upp till 233 kj/kg underkylning och en R-faktor på 0,9 1,25 vilket i stort omfattar driftområdet enligt SAR. SAR kapitel 2A anger att trycket skall kunna vara så lågt som 40 bar (4 MPa), i [13] motiveras att korrelationen kan användas även vid lägre tryck med att resulterande torrkokningskvoter blir konservativt låga om GEXL14 används jämfört med om en linjäranpassning görs från högre tryck. SSM:s bedömningar SSM har verifierat att de faktorer som skall beaktas enligt SAR A1 Avsnitt 2.8.1.3 Övergripande krav på bränsle- och härdkonstruktion Termohydraulisk konstruktion har beaktats. SSM bedömer att torrkokningskorrelationen GEXL14 i stort har ett gilltighetsområde som täcker driften i Oskarshamn 3 och att OKG verifierat med analyser att GEXL14 gäller även för de driftområden som är utanför korrelationens gilltighetsområde. Därmed uppfylls 4 kap. 1 SSMFS 2008:1 om användning av verifierade modeller vilka även är i överensstämmelse med anläggningens utformning. SSM bedömer att OKG har bekräftat stabilitetsegenskaperna stationärt och i transienter hos GE14 utifrån en jämviktshärd och därmed uppfylls 23 SSMFS 2008:17 om beaktande av stabilitet. Genomförd säkerhetsgranskning Införande av GE14 har genomgått primär och fristående säkerhetsgranskning (FSG) [3] och [5]. Introduktionen av fasthållningsfjädrar har hanterats som en uppdatering av ärendet och genomgått separat primär och fristående säkerhetsgranskning [4] och [6]. Den fristående säkerhetsgranskningen har bedömt att ärendet har hanterats på ett tillfredsställande sätt ur kvalitets- och reaktorsäkerhetssynpunkt och med bra kompetens och att dragna slutsatser har underbyggts på fackmässigt sätt. FSG noterar att hänvisningen till ändringar som skall införas i beräkningskoder borde vara tydligare i projektrapporten. SSM instämmer i FSG:s kommentar. Den primära säkerhetsgranskningen (PSG) har bedömt att tillämpliga säkerhetsaspekter belysts på ett tillfredsställande sätt och att bränslekonstruktionen uppfyller ställda säkerhetskrav. SSM observerar att en orsak till FSG:s påpekande ovan kan vara att avsnittet i PSG De åtgärder som ändringen innebär är lämpliga ur säkerhetssynpunkt och kan genomföras på avsett vis och med nödvändig kvalitet inte är komplett. Detta avsnitt hanterar kvalitéten på projektrapporten men där bör PSG också notera att man kontrollerat att följder av ändringen har hanteras, [17]. Ett förbättringsförslag är att i detta avsnitt i PSG-rapporten även ta upp vilka följder ändringen får på anläggningen, SAR och beräkningssystem. SSM:s bedömning SSM bedömer att säkerhetsgranskningen har fungerat acceptabelt för införande av GE14 till O3 och att PSG och FSG har bidragit till projektet med goda kommentarer. Ett

Sida 7 (8) förbättringsförslag är att åtgärder som projektet resulterat i inte återkopplas tillräckligt tydligt och kunde noteras tydligare i Projektrapport och PSG. SSM bedömer att OKG uppfyller 4 kap. 3 SSMFS 2008:1 om säkerhetsgranskning. Samlad bedömning SSM har gått igenom dokumentationen för införande av GE14 till Oskarshamn 3 och bedömer att alla krav som ställs på en bränslekonstruktion uppfylls. SSM har gått igenom redovisningen av utförd säkerhetsgranskning och bedömer att den fungerat acceptabelt.

Sida 8 (8) Referenser Följande rapporter har ingått i SSM:s granskning, alla kan återfinnas i ärendemappen. [1] Oskarshamn 3 Projektrapport Licensiering av nytt bränsle inför bränslebytet 2012 OKG-rapport 2011-10622 [2] Oskarshamn 1, 2 och 3 Uppföljningsbehov för nya bränsletyper som införs 2012 och 2013 OKG-rapport 2011-19346, [3] Oskarshamn 3 Primär säkerhetsgranskning PSG av teknisk ändring 125198 Licensiering av nytt bränsle OKG-rapport 2011-25226 [4] Oskarshamn 3 - Primär säkerhetsgranskning PSG av teknisk ändring 125198 Licensiering av nytt bränsle OKG-rapport 2012-14464 [5] Oskarshamn 3 FSG av licensiering av nytt bränsle inför bränslebytet 2012 OKG-rapport 2012-01392 [6] Oskarshamn 3 - FSG av teknisk ändring - Licensiering av nytt bränsle, ärende 125198 OKG-rapport 2012-15865 [7] Oskarshamn 3 Granskning av konstruktions- och säkerhetsanalyser för GE14 OKG-rapport 2012-01727 [8] Nordic GE14 Mechanical Design for Oskarshamn 3 NEDC-33582P [9] Nordic GE14 thermal hydraulic design for Oskarshamn 3 NEDC-33584P [10] Oskarshamn 3 Kompletterande uppgifter till anmälan om teknisk ändring Licensiering av nytt bränsle inför bränslebytet 2012, ärende 125198 OKG-brev 2013-16143 [11] Oskarshamn 1, 2 och 3 Kriticitetssäkerhet i torrförråd OKG-rapport 2010-03687 [12] Oskarshamn 3 Kriticitetssäkerhet i bränslebassäng OKG-rapport 2003-12703 [13] Introduktion och validering av torrkokningskorrelation GEXL14 för bränsle av typen GE14 OKG-rapport 2010-24703 [14] Oskarshamn 1 och 3 GE14 Osäkerhet vid utvärdering av CPR OKG-rapport 2010-23921 [15] GEXL14 Correlation for GE14 Fuel NEDC-32851P [16] Nordic GE14 Thermal Hydraulic Correlations NEDC-32923P [17] Generell granskningsplan för Primär säkerhetsgranskning av sakfråga (PSG) OKG-rapport 2008-28738