Podpora palivového cyklu

Primárním úkolem optimalizace palivových vsázek je minimalizace nákladů na jaderné palivo při splnění daných provozních požadavků a omezení kladených na provoz aktivní zóny.  V ÚJV Řež se této problematice věnujeme již od 90. let minulého století, kdy byl pro Jadernou elektrárnu Dukovany vyvinut software OPTIMAL. Jeho modernizovaná verze je dodnes úspěšně využívána jak v rutinním provozu, tak pro návrhy perspektivních palivových cyklů pro reaktory VVER-440.  Pro reaktory VVER-1000 ÚJV Řež používá nástroj nové generace LPOpt, který je možno použít pro optimalizaci vsázek jakéhokoli typu reaktoru. 

Projektování palivových vsázek zahrnuje návrh paliva, modelování paliva a palivových vsázek a výpočty, jejichž úkolem je prokázat, zda daná palivová vsázka vyhovuje všem požadavkům na bezpečnost provozu aktivní zóny a jaderného reaktoru. ÚJV Řež pro provozovatele jaderných elektráren vyvíjí pro tyto činnosti metodické postupy a software. 

Software ANDREA je pokročilý software pro neutronicko-fyzikální výpočty aktivních zón tlakovodních reaktorů. 

Software CycleKit slouží k automatizaci rozsáhlých výpočtů pro bezpečnostní hodnocení palivových vsázek. 

Systém monitorování aktivní zóny slouží ke kontrole provozních limitů a k zobrazení informací o stavu aktivní zóny. K tomuto úkolu využívá data z vnitroreaktorových měření a vlastní výpočty chování paliva. ÚJV Řež je dodavatelem monitorovacího systému aktivní zóny reaktoru SCORPIO-VVER.

V ÚJV Řež máme bohaté zkušenosti s prováděním inspekcí stavu paliva při jeho výměně. Provádíme vizuální inspekce, měření růstu a deformací palivových souborů a palivových proutků. Ve spolupráci s Centrem výzkumu Řež vyvíjíme a do rutinní praxe uvádíme nové postupy pro měření a vyhodnocování dat.

V průběhu pobytu paliva v aktivní zóně reaktoru dochází v důsledku jeho vyhořívání ke změnám jeho fyzikálních i chemických vlastností a k rozměrovým změnám vyvolaným působením vnějších i vnitřních sil. Za provozu existují v palivu značné gradienty teploty, od téměř 1500°C v centru palivových tablet po 290°C na povrchu palivového souboru. Tyto rozdíly vedou ke vzniku napětí, které může ohrozit integritu pokrytí paliva - primární bariéry proti úniku radioaktivních látek.

Cílem termomechanických výpočtů je zajistit aby navrhované vsázky byly z tohoto hlediska bezpečné. ÚJV Řež používá jak licencované kódy (TRANSURANUS), tak vlastní modely vyvinuté v systému ABAQUS. Nedílnou součástí těchto analýz je rozbor a aplikace experimentálních dat, získaných v mezinárodních projektech využívajících výzkumné reaktory a horké komory ke studiu nových typů jaderného paliva.

Z hlediska termohydrauliky paliva je klíčová znalost odstupu od tzv. krize varu, kdy se prudce zhoršuje přestup tepla z paliva do chladiva. Pro analýzy krize varu ÚJV Řež používá licencovaný software VIPRE a pro detailní termohydraulické výpočty software počítačové mechaniky tekutin (CFD) FLUENT.

Tyto analýzy jsou potřebné pro průkaz bezpečnosti při transportu a skladování jak čerstvého, tak i ozářeného jaderného paliva. Díky ÚJV Řež jsou v České republice uváděny do praxe nejnovější postupy, např. tzv. Burnup Credit (BUC), umožňující zpřesnění výpočtů díky znalosti skutečného isotopického složení použitého jaderného paliva.

V ÚJV Řež se věnujeme také problematice zadní část palivového cyklu jaderných elektráren a výzkumných reaktorů . Součástí těchto aktivit je příprava uzavření palivového cyklu reaktorů a zpracování koncepčních a expertních studií k optimalizaci nakládání s vyhořelým palivem v evropském kontextu hospodaření se štěpnými materiály. Více viz. Radioaktivní odpady a vyřazování.

Zabýváme se také studiem a modelováním jevů, které mohou ohrozit integritu pokrytí palivových proutků a přípravou modelů pro výpočet teploty paliva během jeho pobytu v obalovém souboru. Pro tyto práce je používán SW ABAQUS. 

V ÚJV Řež aktivně sledujeme trendy v oblasti pokročilých palivových cyklů a jsme aktivně zapojeni do mezinárodních projektů výzkumu a vývoje reaktorů 4. generace.