Uutta tietoa sydänmateriaalin jäähdytettävyydestä vakavassa reaktorionnettomuudessa

Lappeenrannan teknillisessä yliopistossa (Lappeenranta University of Technology, LUT) tarkastettavan väitöstutkimuksen mukaan huokoisen sydänromukeon muoto vaikuttaa sydänmateriaalin jäähdytettävyyteen vakavien ydinvoimalaitosonnettomuuksien hallinnassa.

DI Eveliina Takasuon tutkimustulokset osoittavat, että realistisilla sydänromukeoilla (partikkelipedeillä) moniulotteinen jäähdytteen virtaus parantaa jäähdytettävyyttä, mutta partikkelipedin suuri korkeus huonontaa sitä. Kekomaisen partikkelipedin korkeus saa olla noin puolitoistakertainen verrattuna tasaisesti jakautuneen pedin korkeuteen, jotta moniulotteisesta virtauksesta saatava, kuivumistehoa kasvattava hyöty säilyisi.

Takasuo on tutkinut väitöskirjassaan partikkelimaisen sydänmateriaalin jäähdytettävyyttä. Pohjoismaisilla kiehutusvesilaitoksilla sydänmateriaalin oletetaan vakavassa onnettomuustilanteessa päätyvän reaktoripainesäiliöstä suojarakennuksessa olevaan vesialtaaseen, missä materiaali jäähtyy ja muodostaa huokoisen partikkelipedin. Partikkelipedin ominaisuudet, kuten huokoisuus, määräävät miten hyvin jäähdytteenä toimiva vesi pääsee jäähdyttämään pedin sisäosia. Riittävä vesivirtaus petiin takaa lämmönpoiston kiehumisen avulla ilman, että peti pääsee kuivumaan ja kuumenemaan.

Takasuo otti tutkimuksessaan huomioon partikkelipedin kekomaisen muodon ja monimutkaisen virtaustilanteen aiempia tutkimuksia kattavammin. Tutkimuksessa mitattiin laboratoriokokeissa kuivumislämpöteho kuudelle erimuotoiselle partikkelipedille sekä mallinnettiin kokeet laskennallisesti hyödyntäen erilaisia virtauslaskentaohjelmia. Kuivumisteho sekä kuivumisen jälkeinen lämpötilakäyttäytyminen kertovat, kuinka suuri lämpöteho pedistä voidaan turvallisesti poistaa. Kuivumistehojen vertailu paljasti, mitkä partikkelipedin muodot ovat jäähdytettävyyden kannalta suotuisia ja mitkä huonompia.

Ydinvoimalaitosten turvallisuuden suunnittelussa on varauduttava epätodennäköisen, mutta seurauksiltaan vakavan reaktorisydämen sulamisonnettomuuden mahdollisuuteen. Vakavien onnettomuuksien hallinnassa keskeinen kysymys on, miten varmistetaan varioituneen sydämen jälkilämmön poisto ja estetään suojarakennuksen vaurioituminen ympäristöpäästöjen välttämiseksi.

Diplomi-insinööri Eveliina Takasuon energiatekniikan alaan kuuluva väitöskirja Coolability of porous core debris beds (Huokoisen sydänromukeon jäähdytettävyys) tarkastetaan 23.10.2015 klo 12 Lappeenrannan teknillisen yliopiston (Lappeenranta University of Technology) salissa 1382. Vastaväittäjä toimii tohtori Alexei Miassoedov Karlsruhen teknillisestä yliopistosta Saksasta. Kustoksena toimii professori Juhani Hyvärinen Lappeenrannan teknillisestä yliopistosta.

Väitöskirja on julkaistu Teknologian tutkimuskeskus VTT Oy:n VTT Science -sarjassa numero 108. ISBN 978-951-38-8344-7 ja ISSN 2242-119X. Väitöskirja on luettavissa VTT:n verkkosivuilla http://www.vtt.fi/inf/pdf/science/2015/S108.pdf.

 

Tietoja väittelijästä:

Nimi: Eveliina Takasuo

Syntymävuosi ja -paikka: 1979, Hamina

Kotikunta: Espoo

Koulutus: Diplomi-insinööri, Lappeenrannan teknillinen yliopisto, 2005

Työsuhteet: Erikoistutkija, Teknologian tutkimuskeskus VTT Oy

 

Lisätietoja:

Eveliina Takasuo, eveliina.takasuo@vtt.fi, 0405938984