Испытания на интегральные и отдельные эффекты для перспективных реакторов

Согласно «Международному энергетическому прогнозу» Управления энергетической информации (EIA) за 2017 год, ожидается, что глобальное потребление энергии вырастет на 28% в период с 2020 по 2040 год (EIA, 2017). Атомные электростанции в настоящее время производят 11% мировой электроэнергии. Прогнозируется, что ядерная энергетика станет вторым по темпам роста источником энергии в мире и будет увеличиваться в среднем на 1,5% ежегодно в период с 2020 по 2035 год. В США на ядерную энергетику в настоящее время приходится около 20% всей выработки электроэнергии и более. более 50% всей чистой электроэнергии страны.

Атомная энергетика была определена как жизненно важный ресурс для достижения нулевых выбросов в масштабах всей экономики к 2050 году. Большая часть мировой ядерной энергии вырабатывается на атомных электростанциях второго и третьего поколения. Хотя значительная часть существующих атомных электростанций будет выведена из эксплуатации в 2030-х годах, растущий спрос на безуглеродную электроэнергию во всем мире будет стимулировать развитие атомной энергетики. Для достижения безопасности, надежности, устойчивости, экономической конкурентоспособности и устойчивости к распространению для будущей ядерной энергетики необходимо совершенствовать технологии в развитии ядерной энергетики. Усовершенствованные реакторы открывают потенциал для преобразования атомной энергетики, обеспечивая безопасную, надежную и безуглеродную электроэнергию, которая решает множество проблем, возникающих в результате декарбонизации энергетических сетей по всему миру. За последнее десятилетие США вложили значительные усилия в разработку новых технологий для усовершенствованных реакторов.

Разработка усовершенствованных реакторов требует понимания интегрированных и сложных систем, которые демонстрируют новые явления в нормальных, переходных, аномальных и аварийных условиях (Zweibaum et al., 2015). Феноменологический анализ и теплогидравлическое поведение усовершенствованного реактора составляют основу его конструкции и оценки безопасности (Маскари и др., 2015).

Проведение значимых полномасштабных экспериментов является дорогостоящим, трудоемким или даже невозможным в рамках имеющегося времени и бюджета. Экспериментальные испытания в уменьшенном масштабе, например, испытания на отдельные эффекты (SET) и испытания на интегральные эффекты (IET), с учетом надлежащего масштабирования, возможны для разработки экспериментальной базы данных для характеристики возможных прототипов теплогидравлического поведения. Затем теплогидравлические коды системного уровня можно сверить с базой данных и использовать для проектирования реакторной системы и анализа безопасности.

С одной стороны, SET проводятся для получения экспериментальных данных для разработки и проверки физических моделей и/или эмпирических корреляций для характеристики отдельных локальных явлений или комбинированных явлений в прототипических или смоделированных условиях. Поскольку каждая из этих моделей и корреляций не всегда масштабируется до прототипа, многие физические модели и эмпирические корреляции с ограниченной применимостью в небольшом диапазоне условий реализованы в системных кодах, которые используются для идентификации теплогидравлических реакций путем моделирования различных типов аварии и аномальные переходные процессы интересующих реакторов.

Средства SET обычно хорошо оснащены, чтобы минимизировать искажения масштабирования. С другой стороны, IET проводятся для исследования поведения, явлений и процессов всей системы, взаимодействия двух или более компонентов, а также локальных явлений, которые типичны для целевых функций общего проектирования системы (USNRC, 1998). . Установки ИЭТ могут обеспечить всю динамическую и аналогичную теплогидравлическую реакцию, которая может возникнуть в результате постулируемых аварий и/или аномальных переходных процессов в эталонном реакторе.

Данные, полученные в ходе экспериментов IET, используются для проверки системных кодов и понимания аварийных явлений, а не применимы непосредственно к полномасштабным условиям эталонного реактора. Количество приборов и датчиков на объекте ИЭТ меньше, чем на объекте СЭТ. Искажение масштабирования неизбежно для IET и может стать причиной неопределенностей в анализе безопасности. Поэтому важно свести к минимуму или устранить искажения масштабирования, особенно искажения масштабирования времени, поскольку временной контроль практически невозможен (Bestion, 2017).