Designen, licensieringen och driften av kärnreaktorer
beror till mycket stor del på högkvalitativa modelleringsverktyg. Dessa
modeller används för att visa att kärnreaktorer kan köras säkert och
ekonomiskt både under normal drift och under onormala driftsituationer.
Detta gäller såväl våra nuvarande reaktorer som framtida kärnreaktorer.
Kärnreaktorer
är till sin natur komplexa system med vitt skilda fysikaliska processer
som är kopplade till varandra. Fördelningen, såväl i tid som rum, av
neutroner, som orsakar fissionerna, beror till stor del av densitets-
och temperaturfördelningar i reaktorn. Samtidigt beror tids- och
rumsfördelningen av densitet och temperatur i reaktorn på den frigjorda
energin vid fissionerna, som i sin tur beror på neutronfördelningen. Det
finns ett starkt samspel mellan olika fysikaliska processer på olika
storleksskalor. Detta betyder att för att kunna beräkna hur nukleära
system uppför sig, så måste man beräkna flera fysikaliska processer
samtidigt, t.ex. transporten av neutroner i reaktorn, värmetransporten
från bränsle till kylmedel och dynamiken i kylmedlet.
Under den
snabba datorutvecklingen under sjuttiotalet utvecklades olika
datorprogram och modelleringsstrategier. Men i de tillgängliga modeller
vi har idag, beräknas de olika fysikaliska processerna enskilt var för
sig. De olika modellerna kopplas sedan till varandra för att beräkna
specifika problem. Alla existerande datorprogram som används för
kärnkraftsäkerhet fungerar på det här sättet. Vilka program och modeller
som väljs och hur de kopplas till varandra beror på vilken
driftsituation man vill analysera.
Även om detta arbetssätt
fungerar tillfredsställande för stationär drift, tänjs gränserna för
modellerna när det gäller nya bränsletyper eller nya reaktorkoncept,
både för konceptuellt annorlunda framtida reaktorer eller nya reaktorer i
en mer närliggande framtid. Dagens strategi att lösa varje delproblem
för sig, fungerar ännu sämre när man vill analysera snabba tidsberoende
förlopp, eftersom de icke-linjära kopplingarna mellan olika fysikaliska
processer inte hanteras på ett riktigt sätt.
Det föreslagna
projektet har flera nya innovativa angreppssätt på reaktormodelleringen.
Samspelet mellan de olika fysikaliska processerna på olika
storleksskalor hanteras redan från början, med det ömsesidiga beroendet
mellan processerna. De senaste framstegen inom numeriska metoder används
för att modellera den icke-linjära kopplingen mellan de olika
processerna. Samma modellverktyg används för både stationär drift och
tidsberoende förlopp. Samspelet mellan makroskopiska och mikroskopiska
fenomen hanteras med finare upplösningsmetoder direkt inbyggda i de
grova.
Till skillnad från hur dagens modeller utvecklats,
omfattar det föreslagna projektet en grupp experter inom
reaktorsimulering, neutrontransport, fluiddynamik, värmetransport och
numeriska metoder. Denna grupp, med den samlade expertisen i området,
kan få fram integrerade metoder som kan lyfta modelleringen av
kärnreaktorer till en helt ny nivå av tillförlitlighet. Detta är av stor
betydelse för kärnkraftsäkerhetsanalyser av både befintliga och
framtida kärnreaktorer.
Professor Christophe Demazière, Subatomic and plasma physics