Extension du code informatique des accidents nucléaires pour les conceptions avancées de réacteurs

Extension du code des accidents nucléaires pour les conceptions avancées de réacteurs

Brad Beeny, à gauche, ingénieur nucléaire et développeur de code de Sandia National Laboratories, et Larry Humphries, développeur de code principal pour le code informatique de modélisation d’accident nucléaire de Sandia, examinent les restes d’une série d’expériences de défaillance de la tête inférieure. Les résultats de ces expériences, et bien d’autres, sont utilisés pour informer le code. Crédit : Randy Montoya

L’énergie nucléaire est une source importante d’électricité neutre en carbone, ce qui rend la conception et la construction de réacteurs nucléaires de nouvelle génération et de prochaine génération essentielles pour atteindre les objectifs d’énergie verte des États-Unis.

Un certain nombre de nouveaux modèles de réacteurs nucléaires, tels que les petits réacteurs modulaires et les réacteurs à eau non légère, ont été développés au cours des 10 à 15 dernières années. Afin d’aider la Commission de réglementation nucléaire à évaluer la sûreté de la prochaine génération de réacteurs, d’installations du cycle du combustible et de technologies du combustible, les chercheurs des Laboratoires nationaux Sandia ont étendu leur code informatique de modélisation des accidents graves, appelé Melcor, pour travailler avec différentes géométries de réacteur, types de carburant et systèmes de refroidissement.

Ces avancées ont été démontrées lors de plusieurs réunions publiques virtuelles cet été. Le but de ces réunions est de montrer aux décideurs américains, aux membres de l’industrie de l’énergie nucléaire, aux régulateurs internationaux de l’énergie nucléaire et aux membres de groupes d’intérêt public que la NRC dispose des outils nécessaires pour évaluer la sûreté des conceptions de réacteurs nucléaires nouvelles et avancées.

« Ce code informatique est vraiment le couteau suisse de la sécurité du système nucléaire », a déclaré David Luxat, directeur du groupe de modélisation des accidents graves du réacteur nucléaire de Sandia. « C’est une boîte à outils flexible de physique et de chimie qui nous permet de simuler comment une centrale nucléaire ou une autre installation nucléaire réagit lors d’un accident qui pourrait potentiellement conduire à la libération de matières radioactives dans l’environnement. À mon avis, le code est central pour permettre l’innovation de l’énergie nucléaire aux États-Unis et ainsi atténuer les pires conséquences du changement climatique. »

Faire progresser le code de sécurité pour la prochaine génération

Sandia et le NRC travaillent ensemble depuis des décennies pour faire progresser la compréhension de la performance du système dans des conditions accidentelles. Ces recherches couvraient des domaines tels que la progression des accidents, la génération et le transport de gaz combustibles, l’interaction entre le cœur en fusion et le béton, les interactions entre le fluide caloporteur et bien d’autres. À partir des années 1980, le CNRC a demandé à Sandia de regrouper ces capacités en un seul logiciel.

Le code Melcor peut modéliser un large éventail de phénomènes, y compris les accidents graves pouvant survenir dans une centrale nucléaire, puis estimer l’étendue des rejets de matières radioactives possibles en raison de l’accident. Les travaux sur le code ont commencé après l’accident de Three Mile Island en 1979.

Extension du code des accidents nucléaires pour les conceptions avancées de réacteurs

Une chronologie des études menées par les laboratoires nationaux Sandia pour informer le code des accidents graves, les efforts visant à étendre le code pour faire progresser la conception des réacteurs, ainsi que les événements mondiaux qui ont conduit à d’autres études Sandia. Crédit : Laura Hatfield

Actuellement, le code informatique est utilisé pour éclairer les activités de prise de décision réglementaire de la NRC, y compris les examens d’autorisation pour les nouveaux réacteurs, concernant les risques d’accidents très peu probables mais à fort impact. En fait, le code de Sandia a été utilisé pour étudier l’accident de Fukushima et évaluer le potentiel de réduction des risques de plusieurs améliorations de la sécurité des réacteurs nucléaires américains pour la NRC, a déclaré Luxat.

Il existe de nombreux types différents de réacteurs nucléaires de nouvelle génération, chacun ayant ses propres caractéristiques de performance. Les petits réacteurs modulaires occupent un dixième de la superficie ou moins des réacteurs actuels, avec des investissements initiaux inférieurs, et pourraient éventuellement être fabriqués dans un emplacement central et déplacés vers des emplacements éloignés. Cependant, au fur et à mesure que l’industrie développe de nouvelles méthodes et technologies, les capacités existantes doivent également progresser, sur la base de décennies de travail de base. Certaines conceptions avancées, telles que les réacteurs à haute température refroidis à l’hélium, peuvent utiliser un combustible nucléaire plus robuste à base de billes de graphite. Cette approche nécessite des ajustements à Melcor pour modéliser la géométrie du réacteur et la physique du liquide de refroidissement.

Depuis 2018, l’équipe de Luxat a élargi le code des accidents graves pour remédier à ces différences, et plus encore, pour permettre l’évaluation des risques des réacteurs de nouvelle génération et des impacts sur le cycle du combustible en général. Pour étendre les capacités du code, Larry Humphries, le développeur principal du code, a travaillé avec des experts d’autres laboratoires du ministère de l’Énergie pour déterminer les phénomènes critiques pour les types de réacteurs. Il travaille ensuite à intégrer ces phénomènes dans le code basé sur la physique existant, à déterminer les paramètres physiques manquants et à combler ces lacunes dans les connaissances.

« Nous voulons tirer parti des décennies d’expérience et des modèles validés du code et l’étendre à de nouvelles conceptions de réacteurs et à de nouvelles applications », a déclaré Humphries, qui a travaillé sur Melcor pendant deux décennies, et avant cela, il a passé une décennie à faire des expériences pour informer et affiner le code de base. « Ce code est un outil idéal à appliquer aux nouvelles conceptions de réacteurs où il y a beaucoup d’incertitude. Il a la capacité de définir des paramètres de sensibilité et de déterminer quelles variables sont essentielles pour produire des données d’évaluation des risques pour les régulateurs. »

Démontrer la préparation à l’évaluation des risques

Pour démontrer que Melcor est prête à aider le CNRC à examiner les nouveaux modèles de réacteurs, l’équipe a développé des modèles de trois modèles de réacteurs nucléaires publiés. Les trois conceptions de réacteurs ont été choisies pour représenter la diversité des réacteurs de prochaine génération, y compris un microréacteur conçu à l’origine par le Laboratoire national de Los Alamos, un réacteur refroidi à l’hélium à haute température et un réacteur refroidi au fluorure fondu à haute température, a déclaré KC. Wagner, un ingénieur nucléaire de Sandia qui a dirigé les calculs de démonstration.

Les modèles de réacteur incluent tout, des radionucléides qui devraient se trouver dans la cuve du réacteur et le bâtiment qui l’entoure aux tuyaux de refroidissement et aux propriétés physiques du fluide à l’intérieur, a déclaré Wagner. Ensuite, l’équipe a simulé un large éventail d’accidents potentiels. Ils ont analysé ce qui se passe au fil du temps pour voir combien, le cas échéant, les produits de fission sont libérés.

Extension du code des accidents nucléaires pour les conceptions avancées de réacteurs

Une carte montrant les pays qui utilisent le code de modélisation des accidents graves de Sandia National Laboratories pour améliorer la sécurité de leurs centrales nucléaires. Après les États-Unis, la Corée est le pays avec le plus d’utilisateurs autorisés du code à 120 personnes. Crédit : John Reynolds

Les résultats de ces simulations ont été présentés lors des réunions publiques pour mettre en évidence les capacités du code alors que la NRC s’efforce d’établir sa préparation à l’évaluation des réacteurs de prochaine génération.

« Si l’industrie veut un jour construire quelque chose de nouveau et d’excitant, nous devons être en mesure de faire des calculs de sécurité et d’autorisation des conceptions de prochaine génération afin que les régulateurs américains puissent les évaluer », a déclaré Brad Beeny, ingénieur nucléaire de Sandia. et développeur de code. « Nous sommes principalement préoccupés par la caractérisation du risque radiologique qui pourrait être posé au public en cas d’accident. Ce n’est peut-être pas l’aspect le plus tape-à-l’œil de l’énergie nucléaire, mais c’est l’un des plus nécessaires. »

Cependant, ce ne sont pas seulement les États-Unis qui bénéficieront de l’extension du code de sûreté nucléaire.

« Ce code d’analyse des accidents graves, basé sur la meilleure estimation, est utilisé par peut-être 1 000 personnes dans le monde dans environ 30 pays », a déclaré Wagner. « Grâce au programme coopératif de recherche sur les accidents graves, nous donnons à ces personnes l’accès à un outil qu’elles peuvent également utiliser pour améliorer la sécurité des centrales nucléaires dans le monde.

Depuis le début des années 2000, Melcor a été étendu et mis à jour pour prendre en charge les évaluations de sécurité d’autres types d’installations nucléaires, notamment les réacteurs de recherche, les réacteurs produisant des isotopes médicaux et les installations du DOE qui travaillent avec des matières radioactives, et même les réacteurs à fusion, ont déclaré Luxat et Humphries.

« Le code est un référentiel de décennies de connaissances sur les accidents nucléaires, ce qui montre que l’énergie nucléaire est fondamentalement à faible risque pour la société », a déclaré Luxat. « Nous avons pu tirer parti de ces connaissances pour améliorer la sécurité et l’économie des centrales nucléaires aux États-Unis. Maintenant, Sandia s’efforce d’étendre et d’appliquer ces connaissances pour permettre la prochaine génération de réacteurs nucléaires encore plus sûrs et plus économiques. sera essentiel pour lutter contre le changement climatique et améliorer la sécurité énergétique des générations futures. »

L’équipe travaille également à restructurer le code de sécurité afin qu’il soit plus facile de modéliser de nouvelles conceptions de réacteurs et de répondre à de nouvelles questions de sécurité, a déclaré Humphries. Il a ajouté : « J’ai toutes les raisons de croire qu’au cours des 10 prochaines années, le code continuera d’être un outil important pour la NRC, un contributeur important à notre compréhension des accidents graves, quel que soit le nouveau type de réacteurs.

Melcor est abordé dans la vision et la stratégie du CNRC pour les réacteurs à eau non légère pour les accidents de réacteur et dans le cycle du combustible nucléaire. Le comité consultatif indépendant de la NRC sur la protection des réacteurs a favorablement examiné le rôle du code dans la stratégie.


Logiciel pour simuler des réacteurs nucléaires commerciaux


Fourni par les laboratoires nationaux Sandia

Citation: Extension du code informatique des accidents nucléaires pour les conceptions avancées de réacteurs (2021, 25 août) récupéré le 25 août 2021 sur https://techxplore.com/news/2021-08-nuclear-power-accident-code-advanced.html

Ce document est soumis au droit d’auteur. En dehors de toute utilisation équitable à des fins d’étude ou de recherche privée, aucune partie ne peut être reproduite sans l’autorisation écrite. Le contenu est fourni seulement pour information.