Put Paper Title Here - 42ª Reunión Anual de la Sociedad Nuclear
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39ª Reunión Anual de la SNE Reus (Tarragona) España, 25-27 septiembre 2013 Evaluación del impacto de la dispersión de combustible en caso de LOCA A. Concejal, P.J. García Sedano, A. Crespo IBERDROLA INGENIERIA Y CONSTRUCCION Avda. Manoteras, 20, 28050 Madrid acbe@iberdrola.es; pgs@iberdrola.es; acg@iberdrola.es Resumen – Estudios recientes llevados a cabo en Halden y Studsvik han señalado la posibilidad de obtener combustible altamente fragmentado con temperaturas relativamente bajas (700ºC) y altos quemados (70 MWd/kgU). En caso de accidente con pérdida de refrigerante (LOCA), puede producirse la expulsión al exterior de la vaina de fragmentos de combustible, lo que puede afectar a la refrigerabilidad, provocar el bloqueo del canal y por consiguiente un aumento de la temperatura máxima de vaina. Hasta la fecha, el efecto de la potencial dispersión de combustible en caso de LOCA no se tiene en cuenta en las normativas ni en los análisis de licencia. En esta ponencia se presentan los resultados obtenidos por Iberdrola en la evaluación del efecto de la dispersión de combustible en caso de LOCA en un reactor de tipo BWR. Para ello, se ha desarrollado una metodología de análisis basada en la determinación de la cantidad de combustible dispersado y el impacto en la criticidad y la refrigerabilidad del mismo en todo el rango de quemado. La metodología se basa en la obtención de una curva de fallo del combustible en caso de LOCA, función de la potencia lineal y el quemado de pastilla, basada en la aplicación de los modelos de ruptura del NUREG-630. Estos modelos han mostrado un comportamiento conservador en un amplio rango de experimentos. Una vez obtenida la curva de fallo, se compara con la distribución de potencia del núcleo de diseño, para determinar el número de varillas susceptibles de romper en caso de LOCA para cada punto de quemado. Con el número de varillas rotas, puede evaluarse la cantidad de combustible dispersado y su impacto en la criticidad y refrigerabilidad. En el caso de estudio (reactor BWR), y para el ciclo de estudio, la cantidad de combustible dispersada en caso de LOCA, en el peor de los casos considerados es muy inferior a la cantidad mínima necesaria para constituir un problema de seguridad. 1. INTRODUCCIÓN Inmediatamente después o durante un accidente con pérdida de refrigerante, fragmentos de las pastillas de combustibles más o menos grandes pueden ser expulsadas a través de las varillas de combustible que hayan sufrido hinchamiento y ruptura. Esta dispersión de combustible puede afectar a la geometría refrigerable del elemento, provocando el bloqueo del caudal de entrada al elemento y por tanto incrementando la temperatura máxima superficial de la vaina durante el accidente. La cantidad de combustible dispersado puede variar, dependiendo del tamaño de la rotura de la varilla y de los propios fragmentos de las pastillas de combustible. El tamaño de los 39ª Reunión Anual de la SNE Reus (Tarragona) España, 25-27 septiembre 2013 fragmentos de pastilla está muy influenciado por el quemado de la misma, de manera que el tamaño de los fragmentos disminuye conforme aumenta el quemado. Recientes estudios de la NRC [1] señalan la necesidad de tener en cuenta la potencial dispersión de combustible en todo el rango de quemado. En esta ponencia se presentan los resultados obtenidos por Iberdrola al evaluar el impacto de la posible dispersión de combustible durante un accidente con pérdida de refrigerante. 2. METODOLOGÍA DE IBERDROLA PARA EL ANÁLISIS DE LOCA Los análisis de LOCA llevados a cabo en los reactores BWR-6 españoles se realizan con metodología propietaria de Iberdrola. Esta metodología incluye el uso de los siguientes códigos: TRAC-BF1/APK, para el análisis termohidráulico de acuerdo con los requisitos del apéndice K del titulo 10 del CFR 50.46 de la NRC. FRAP-T6/APK, para el análisis termomecánico de la vaina, de acuerdo con los modelos de hinchamiento y ruptura del NUREG-0630. FRAP-T6 es un código termomecánico que cálcula el comportamiento de las varillas de combustible de reactores de agua ligera durante transitorios e hipotéticos accidentes como el LOCA o el RIA [5]. FRAP-T6 tiene la capacidad de modelar todos los fenómenos que influyen en el comportamiento de las barras de combustible en general, incluyendo el cálculo de la tensión y deformación de la vaina. Los modelos incluidos en FRAP-T6 permiten el cálculo de: (a) conducción de calor, (b) tensión y deformación, (c) presión interna y (d) producción y migración de los gases de fisión. FRAP-T6/APK está basado en el código FRAP-T6/MOD1 e incorpora los modelos de hinchamiento y ruptura del NUREG-0630. Además, el código se ha modificado para mejorar las condiciones de contorno termohidráulicas, permitiendo la simulación de barras de gadolinio así como la degradación de la conductividad térmica del UO2 con el quemado. Los modelos del NUREG-0630 se han validado utilizando test con combustible fresco (NRU, TREAT, PHEBUS) y altamente irradiado (ANL Limerick Integral Tests y Halden Reactor Project Tests Series). Los modelos de ruptura del NUREG-0630 predicen la temperatura de ruptura de un modo ligeramente conservador, Figura 2, mientras que los modelos de deformación predicen la deformación circunferencial de la vaina de un modo muy conservador, Figura 1. 39ª Reunión Anual de la SNE Reus (Tarragona) España, 25-27 septiembre 2013 Hoop Strain Comparison. FRAP-T6/APK v12.01r0 vs. Measured. Conservative Evaluation Model 100 90 Calculated Hoop Strain (%) 80 70 HALDEN IFA650.2 60 HALDEN IFA650.4 HALDEN IFA650.5 50 HALDEN IFA650.7 NRU 40 PHEBUS TREAT 30 ANL ICL#2 ANL ICL#3 20 10 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Measured Hoop Strain (%) Figura 1. Deformación circunferencial. FRAP-T6/APK vs. Experimental Burst Temperature Comparison. FRAP-T6/APK v12.01r0 vs. Measured. Conservative Evaluation Model 1400 Calculated Burst Temperature (ºC) 1200 1000 HALDEN IFA650.2 HALDEN IFA650.4 800 HALDEN IFA650.5 HALDEN IFA650.7 NRU 600 PHEBUS TREAT ANL ICL#2 400 ANL ICL#3 200 0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 Measured Burst Temperature (ºC) Figura 2. Temperatura de ruptura. FRAP-T6 vs. Experimental 3. UMBRAL DE FALLO DE VAINA EN LOCA En este análisis se han utilizado condiciones de contorno conservadoras (quemado y potencia limitantes) para analizar la respuesta de la barra de combustible en condiciones de LOCA. Para determinar el umbral de potencia lineal (LHGR) a partir del cual se producen fallos de combustible en caso de LOCA se realizan los siguientes pasos: Se obtienen las condiciones iniciales de la barra de combustible (presión interna, conductividad del huelgo, LHGR) de acuerdo con una historia de potencia conservadora para cada paso de quemado. 39ª Reunión Anual de la SNE Reus (Tarragona) España, 25-27 septiembre 2013 Se realiza un análisis de LOCA para un rango de valores de LHGR (típicamente desde 0.0 al límite operacional –TMOL- o hasta que se obtiene un fallo de vaina). Se determina el valor de LHGR mínimo para el que se predice un fallo de vaina en caso de LOCA Con este procedimiento, repetido para cada paso de quemado, se obtiene la curva de fallo vs. quemado. De acuerdo con el procedimiento descrito anteriormente se han obtenido las curvas de fallo para 2 tipos diferentes de combustibles presentes en el núcleo de estudio. LHGR Fuel Type 1. CYCLE OPERATION: BOC - EOFP 0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 Pellet Burnup (GWd/TM) TMOL Failure threshold Figura 3. Curva de fallo para LOCA. Fuel Type 1 En la Figura 1 se muestra la curva de fallo en caso de LOCA para el combustible 1. Es interesante señalar que para bajos quemados (hasta ≈45 GWd/TM), pueden producirse fallos de vaina para barras operadas con una potencia inferior a su límite operacional. Por otro lado, para quemados más altos (>45 GWd/TM) no se espera obtener ningún fallo de vaina, ya que la potencia de operación necesaria para romper la vaina en caso de LOCA está por encima del límite operacional para ese tipo de combustible. En la Figura 4 se muestra la curva de fallo en caso de LOCA para el combustible 2. Se aprecia como la curva de fallo se encuentra por encima de la curva límite de operación (TMOL) para todo el rango de quemado, lo que en la práctica supone que en caso de LOCA, no son esperables fallos de vaina para el combustible de tipo 2. La principal diferencia en los diseños de los combustibles de tipo 1 y 2 es la mayor presión de llenado de la vaina del combustible de tipo 1, que se traduce en un menor umbral de fallo. 39ª Reunión Anual de la SNE Reus (Tarragona) España, 25-27 septiembre 2013 LHGR Fuel Type 2. CYCLE OPERATION: BOC - EOFP 0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 Pellet Burnup (GWd/TM) TMOL Failure threshold Figura 4. Curva de fallo para LOCA. Fuel Type 2 4. METODOLOGÍA DE CALCULO DE DISPERSIÓN DE COMBUSTIBLE DE IBERDROLA Con el objeto de determinar la cantidad de combustible dispersado tras un accidente LOCA, Iberdrola ha desarrollado un metodología de cálculo basada en los siguientes códigos: SIMULATE3 SIMULATE-3 es un código 3D de difusión nodal en dos grupos que se utiliza para realizar estudios de gestión de combustible, diseño de núcleo y cálculo de parámetros de seguridad. FCOLIPBD FCOLIPBD (Full Core Limiting Pellet Burnup Distribution) es una herramienta interna creada para post-procesar ejecuciones de SIMULATE varilla por varilla. La metodología consiste en: Realizar ejecuciones de SIMULATE varilla por varilla para cada paso de quemado del ciclo de estudio. Para cada archivo de salida de SIMULATE, la ejecución de FCOLIPBD determina el nodo limitante para cada elemento combustible en el núcleo, comparando la potencia lineal del nodo con el valor de potencia lineal mínimo necesario para predecir fallo de vaina en caso de LOCA en un mismo punto de quemado. En el caso de existir nodos por encima de la curva de fallo se determinan el número exacto de nodos fallados por plano axial. 39ª Reunión Anual de la SNE Reus (Tarragona) España, 25-27 septiembre 2013 4.1. Aplicación a un BWR-6 La aplicación de la metodología descrita en los apartados anteriores resulta en las figuras mostradas en las páginas siguientes. Para esta aplicación se usa una distribución de potencia típica del diseño de núcleo de un ciclo específico. Así, se obtiene una distribución realista de la potencia lineal por nodo frente al quemado de pastilla para cada paso de quemado previsto en el ciclo de diseño. Como puede verse en la Figura 5, para el tipo de combustible 1 no se obtienen fallos de vaina para quemados por encima de 15 GWd/TM. Para el tipo de combustible 2, Figura 6, no se obtienen fallos de combustible en todo el rango de quemado, tal y como era de esperar, de acuerdo a lo expuesto en el apartado 3. La distribución de elementos con varillas rotas para el combustible tipo 1 se muestra en la Figura 7 para los diferentes pasos de quemado en los que pueden ocurrir roturas. Es importante señalar que con la aplicación de esta metodología puede obtenerse el número exacto de varillas falladas en cada elemento combustible, por lo que no es necesario realizar ninguna hipótesis conservadora adicional. En efecto, en aplicaciones previas [3], cuando se predecía el fallo de una varilla en un plano axial, se suponía el fallo de la totalidad de varillas del plano. LHGR Fuel Type 1. CYCLE OPERATION: BOC - EOFP Limiting pellet node 0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 70.00 80.00 Pellet Burnup (GWd/TM) Failure threshold Cycle Exposure = 0.0 Cycle Exposure = 0.3 Cycle Exposure = 1.0 Cycle Exposure = 2.0 Cycle Exposure = 2.001 Cycle Exposure = 3.0 Cycle Exposure = 4.0 Cycle Exposure = 4.001 Cycle Exposure = 5.0 Cycle Exposure = 6.0 Cycle Exposure = 6.001 Cycle Exposure = 7.0 Cycle Exposure = 8.0 Cycle Exposure = 9.0 Cycle Exposure = 10.0 Cycle Exposure = 10.001 Cycle Exposure = 11.0 Cycle Exposure = 12.0 Cycle Exposure = 12.001 Cycle Exposure = 13.0 Cycle Exposure = 14.0 Cycle Exposure = 14.001 Cycle Exposure = 15.0 Cycle Exposure = 16.0 Cycle Exposure = 16.200 Cycle Exposure = 17.0 Cycle Exposure = 17.448 Figura 5. Nodo limitante. Fuel Type 1 39ª Reunión Anual de la SNE Reus (Tarragona) España, 25-27 septiembre 2013 LHGR Fuel Type 2. CYCLE OPERATION: BOC - EOFP Limiting pellet node 0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 Pellet Burnup (GWd/TM) Failure threshold Cycle Exposure = 0.0 Cycle Exposure = 0.3 Cycle Exposure = 1.0 Cycle Exposure = 2.0 Cycle Exposure = 2.001 Cycle Exposure = 3.0 Cycle Exposure = 4.0 Cycle Exposure = 4.001 Cycle Exposure = 5.0 Cycle Exposure = 6.0 Cycle Exposure = 6.001 Cycle Exposure = 7.0 Cycle Exposure = 8.0 Cycle Exposure = 9.0 Cycle Exposure = 10.0 Cycle Exposure = 10.001 Cycle Exposure = 11.0 Cycle Exposure = 12.0 Cycle Exposure = 12.001 Cycle Exposure = 13.0 Cycle Exposure = 14.0 Cycle Exposure = 14.001 Cycle Exposure = 15.0 Cycle Exposure = 16.0 Cycle Exposure = 16.200 Cycle Exposure = 17.0 Cycle Exposure = 17.448 Figura 6. Nodo limitante. Fuel Type 2 ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ----------- ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ---------------- ---------------- UB03JS UB03JT ------ ----------- ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ UB03JQ UB03JR ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ UB03JU ------ ------ ------ ------ UB03JV ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ UB03GH ------ ------ ------ ------ ------ ------ UB03GL ------ UB03GM ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ UB03GS ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ----------- ---------------- ------ ------ ------ ------ ------ ------ ---------------- ---------------- ---------------- UB03JS UB03JT ----------- ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ UB03JQ UB03JR ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ UB03JU ------ ------ UB03GE ------ UB03JV ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ UB03GH ------ UB03GJ ------ ------ UB03GK ------ UB03GL ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ UB03GQ ------ ------ ------ ------ ------ ------ UB03GS ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ UB03H2 ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ UB03H5 ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ UB03H9 ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ UB03F2 ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ UB03F5 ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ UB03K0 UB03F2 ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ UB03F5 ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ UB03F7 ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ UB03F7 ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ UB03F8 ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ UB03FF ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ UB03FG ------ ------ ------ UB03K2 UB03FJ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ UB03FM ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ UB03HV ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ UB03HS ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ UB03HV ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ UB03HW ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ UB03K2 UB03FJ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ UB03J8 ------ UB03J9 ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ UB03JC ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ UB03JF ------ ------ ------ ------ ------ ------ UB03JJ ------ UB03JK ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ UB03K8 ------ ------ ------ ------ UB03K9 ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ UB03G4 UB03KA UB03KB UB03KC UB03KD UB03G5 ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ UB03J9 ------ UB03JA ------ ------ ------ ------ UB03JB ------ UB03JC ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ UB03JF UB03JH ------ UB03JJ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ UB03K9 ------ ------ ------ ------ ------ Cycle Exposure = 0.0 GWd/TM ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ UB03JQ UB03JR ------ ------ ------ ------ ------ ------ UB03JU ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ UB03GD UB03GE ---------------- ------ ------ UB03JG ------ ------ ------ ------ UB03K8 ------ ------ UB03JN ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ UB03KA UB03KB ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ UB03KC UB03KD Cycle Exposure = 0.3 GWd/TM ------ ----------- UB03JV ------ ------ ----------- ------ ----------- UB03JS UB03JT UB03FM UB03K3 ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ UB03GH ------ UB03GJ ------ ------ UB03GK ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ UB03GQ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ UB03JQ UB03JR ------ ------ ------ ------ ------ ------ UB03JU ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ UB03GD UB03GE ---------------- ---------------- UB03JS UB03JT ------ UB03JV ----------- ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ UB03GH ------ UB03GJ ------ ------ UB03GK ------ UB03GL ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ UB03GQ ------ ------ ------ ------ UB03GR ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ UB03F2 ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ UB03F5 ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ UB03K0 UB03F2 ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ UB03F5 ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ UB03F7 ------ UB03HE ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ UB03HF ------ UB03F8 ------ ------ ------ ------ ------ ------ UB03F7 ------ UB03HE ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ UB03HF ------ UB03F8 ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ UB03HG ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ UB03HH ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ UB03HK ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ UB03FF ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ UB03HM ------ UB03FG ------ ------ ------ ------ ------ ------ UB03FF ------ UB03HL ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ UB03HM ------ UB03FG ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ UB03FJ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ UB03FM ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ UB03K2 UB03FJ ------ UB03HN ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ UB03HR ------ UB03FM UB03K3 ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ UB03HV ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ UB03JA ------ ------ ------ ------ UB03JB ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ UB03JF ------ UB03JG ------ ------ UB03JH ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ UB03K8 ------ ------ UB03K9 ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ UB03KA UB03KB UB03KC UB03KD ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ UB03JM UB03JN ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ UB03JA ------ ------ ------ ------ UB03JB ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ UB03JF ------ UB03JG ------ ------ UB03JH ------ UB03JJ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ UB03K8 ------ ------ UB03K9 ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ UB03KA UB03KB UB03KC UB03KD ------ ------ ------ ------ Cycle Exposure = 1.0 GWd/TM ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ UB03JM UB03JN ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ Cycle Exposure = 2.0 GWd/TM ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ UB03GK ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ UB03JU ------ ------ ------ ------ UB03JV ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ 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------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ Cycle Exposure = 2.001 GWd/TM ----------- ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ----------- ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ UB03JS ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ UB03JU ------ ------ ------ ------ UB03JV ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ UB03GH ------ ------ ------ ------ UB03GK ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ UB03F5 ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ UB03F7 ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ UB03F8 ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ UB03FF ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ UB03FJ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ UB03FM ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ UB03K8 ------ ------ ------ ------ UB03K9 ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ UB03KA UB03KB ------ ------ UB03KC ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ UB03K8 ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ UB03KC ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ----------- ------ ------ ----------- ------ ------ ---------------- ------ ------ ----------- Cycle Exposure = 4.001 GWd/TM ------ ------ ------ ----------- Cycle Exposure = 5.0 GWd/TM Figura 7. Distribución de elementos fallados con el paso de quemado 39ª Reunión Anual de la SNE Reus (Tarragona) España, 25-27 septiembre 2013 4.2. Combustible Dispersado Una vez que el número exacto de varillas de combustible falladas es determinado para cada paso de quemado del ciclo es posible estimar la cantidad de UO2 dispersada. Cuando se predice el fallo de una varilla de combustible, puede obtenerse la masa dispersada por varilla fallada en función del quemado a partir de los datos de la Figura 8. Esta figura se ha elaborado a partir de los datos experimentales disponibles, referencia [1], teniendo en cuenta la longitud de combustible dispersado en diferentes test. Mass dispersed vs Burnup 160 Mass dispersed per failed rod (g) 140 120 100 80 60 40 20 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Burnup (GWd/MT) Halden ANL Studsvik NRU-MT4 Fuente: IBERDROLA con datos extraídos de la referencia [1] Figura 8. Masa dispersada por varilla fallada vs. Quemado Como puede verse en la Figura 8, para quemados bajos (hasta 55 GWd/TM), la masa dispersada por varilla fallada es aproximadamente 8 g (lo que equivale a una pastilla de combustible). Así, como resultado de la aplicación de la metodología de cálculo del combustible dispersado descrita en los apartados anteriores puede calcularse el numero de varillas falladas en caso de LOCA para cada paso de quemado del ciclo, así como la masa total dispersada, Tabla 1. Tabla 1: BWR-6. Fallo de Combustible en caso de LOCA Cycle STEP Exposure [GWd/TM] 0.000 0.300 1.000 2.000 2.001 4.001 5.000 Failed FUEL BUNDLES 34 42 36 49 1 4 16 Failed FUEL RODS 95 129 131 222 2 5 26 UO2 Mass [kg] 0.76 1.03 1.05 1.78 0.02 0.04 0.21 En la Figura 9 se muestra la distribución de varillas falladas con el quemado de pastilla para el combustible tipo 1. Como conclusión, puede afirmarse que asumiendo una operación nominal de diseño, no se espera dispersión de combustible para quemados de pastilla por encima de 15 GWd/TM en caso de LOCA para el reactor BWR-6 estudiado. 39ª Reunión Anual de la SNE Reus (Tarragona) España, 25-27 septiembre 2013 Fuel Type 1 Failed Nodes Distribution BWR-6 Cycle Operation: BOC - EOFP 14 13 12 LHGR (kW/ft) 11 10 9 8 7 6 5 4 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Pellet Burnup (GWd/TM) PASO 0 PASO 0.3 PASO 1 PASO 2 PASO 2.001 PASO 4.001 PASO 5 Figura 9. Distribución de varillas falladas con el quemado de pastilla. Fuel Type 1 El máximo número de varillas falladas se obtiene para el paso de quemado de 2 GWd/TM, con quemados de pastilla hasta 6.2 GWd/TM, y corresponde a un total de masa dispersada de 1.78 kg de UO2. 4.3 Refrigerabilidad y criticidad de la masa dispersada Una vez obtenida la masa total dispersada tras un LOCA en el peor de los casos, debe determinarse la refrigerabilidad y criticidad de la misma. La cantidad de combustible dispersado es tan baja que el potencial impacto en el bloqueo del caudal a la entrada del canal debería estar cubierto por los estudios genéricos que se están llevando a cabo para cumplir con el Generic Safety Issue 191 “Assessment of Debris Accumulation on PWR Sump Performance”. En cuanto a la refrigerabilidad de la masa dispersada, existen diversos estudios desarrollados para determinar la refrigerabilidad de las partículas de combustible depositadas en el fondo de la vasija. Los estudios más referenciados son los modelos para la estimación de flujo calorífico crítico en lecho de partículas desarrollados por Lipinski [4]. El primer modelo de Lipinski, denominado modelo 0-D, se desarrolló para lechos homogéneos. Más adelante se desarrolló otro modelo, denominado 1-D, para tener en cuenta el distinto tamaño de las partículas y la variación de la porosidad con la altura del lecho. En la mayoría de los casos de aplicación en reactores, particularmente en casos con lechos de partículas profundos, el modelo 0-D proporciona resultados bastante razonables para el flujo calorífico crítico. En cualquier caso, el cálculo de los efectos de estratificación requeriría el modelo 1-D. La refrigerabilidad puede definirse como la intersección de la curva de flujo calorífico crítico obtenida con el modelo 0-D de Lipinski y el flujo del calor de decaimiento de la masa dispersada, calculado para un caso de LOCA de un reactor BWR-6 con un factor de pico total de 2.1 que se corresponde con un combustible de bajo quemado. 39ª Reunión Anual de la SNE Reus (Tarragona) España, 25-27 septiembre 2013 En la Figura 10 se muestra la comparación del modelo de Lipinski con el flujo calorífico de decaimiento para un tamaño de partícula de 3 mm. La elección de este tamaño de partícula está basada en los datos experimentales extraídos de la referencia [1]. Como puede verse en la Figura 11, el tamaño medio de las partículas fragmentadas hasta un quemado de 20 GWd/MT es superior a los 3 mm. En la Figura 10 se observa que el punto de intersección de ambas curvas corresponde con una altura del lecho de partículas de UO2 de 0.4 m, que representa una cantidad de masa refrigerable superior a los 5700 kg de UO2, Figura 12. Este valor es mucho más alto que la mayor cantidad de masa dispersada (1.78 kg). De hecho, para exceder el límite de refrigerabilidad se requeriría el fallo de más de 700000 varillas. Sediment Bed Coolability. Lipinsky model -0D 6000 5000 Heat Flux(kW/m2) 4000 3000 2000 1000 0 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 UO2 Bed Height (m) qdh TPF=2.1 qcfh d=3 mm Figura 10. Modelo 0D de Lipinski. Tamaño de partícula 3 mm Fuente: Referencia [1] Figura 11. Tamaño medio de partícula con el quemado 39ª Reunión Anual de la SNE Reus (Tarragona) España, 25-27 septiembre 2013 Sediment Bed Coolability. Lipinsky model -0D 6000 5000 Mass of Bed (kg) 4000 3000 2000 1000 0 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 UO2 Bed Height (m) MUO2 Figura12. Masa de UO2 función de la altura del lecho. Modelo 0D de Lipinski En cuanto a la criticidad de la masa, Iberdrola ha llevado a cabo estudios preliminares con el código KENO que señalan que para partículas de UO2 con un enriquecimiento del 5% en U235, la masa total necesaria para alcanzar la criticidad está por encima de los 840 kg. Se obtienen distintos resultados para partículas con tamaños muy por debajo de los 3 mm. De acuerdo con el modelo 0-D de Lipinski, Figura 13, si se consideran tamaños de partícula de 2, 1, 0.5 y 0.25 mm se obtienen masas refrigerables de UO 2 de 2680, 682, 185 y 67 kg respectivamente, Figura 14. En términos de criticidad, para tamaños de partícula de 2, 1, 0.5 y 0.25 mm la cantidad de masa requerida para alcanzar la criticidad es de 874, 920, 950 y 973 kg respectivamente. Sediment Bed Coolability (P=1.2 bars). Lipinsky model -0D 2000 1800 1600 Heat Flux(kW/m2) 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 UO2 Bed Height (m) qdh TPF=2.1 qchf L-1000 microns qchf L-500 microns qchf L-250 microns Figure 13. Modelo 0D de Lipinski. Tamaños de partícula diferentes 39ª Reunión Anual de la SNE Reus (Tarragona) España, 25-27 septiembre 2013 Sediment Bed Coolability (P=1.2 bars). Lipinsky model -0D 2000 1800 1600 Mass of Bed (kg) 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 UO2 Bed Height (m) MUO2 Figura 14. Masa de UO2 función de la altura del lecho. Modelo 0D de Lipinski Tamaños medios de partícula por debajo de 1 mm solo se obtienen para muy altos quemados (> 70 GWd/MT), Figura 11. Por otro lado, la masa dispersada por varilla rota aumenta con el quemado, como puede verse en la Figura 8. Teniendo en cuenta lo anterior, puede definirse un límite en términos de número máximo de barras falladas para mantener la refrigerabilidad y la criticidad a diferentes quemados. Así, para un quemado de 90 GWd/MT el tamaño medio de la partícula dispersada es de 0.25 mm y la masa dispersada por varilla rota aumenta hasta 130 g. No obstante, al menos 513 varillas han de fallar para exceder el límite de refrigerabilidad correspondiente a ese tamaño de partícula. Con un quemado de 90 GWd/TM el límite de refrigerabilidad resulta más restrictivo que el de criticidad. En cualquier caso, es claro que para quemados por debajo de 55 GWd/TM, el número total de varillas falladas necesarias para exceder los límites de criticidad y refrigerabilidad supera el número total de varillas presentes en el reactor, Figura 15. 39ª Reunión Anual de la SNE Reus (Tarragona) España, 25-27 septiembre 2013 Limits to number of rod failure 800000 700000 Number of failed rods 600000 500000 400000 300000 200000 100000 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Burnup (GWd/MT) Coolability criterion Criticality criterion Total rods in core Figura 15. Límite de varillas falladas 5. CONCLUSIONES En esta ponencia se ha estimado la cantidad de combustible dispersado en caso de un accidente LOCA en un reactor BWR-6 para un rango de diferentes quemados. Las principales conclusiones que pueden extraerse de los resultados obtenidos se enumeran a continuación: En el caso de un reactor BWR-6 español, para el ciclo y combustibles operados, solo se esperan fallos de combustible por LOCA para quemados de pastilla por debajo de 15 GWd/TM. El número máximo de varillas falladas obtenido en el análisis (222) se corresponde con una masa dispersada de 1.78 kg de UO2, que está muy lejos de suponer un problema para la seguridad en términos de bloqueo, refrigerabilidad y criticidad. En el caso de un reactor BWR-6 español, no son posibles fallos de combustible por encima de un quemado de 44 GWd/TM, ya que el umbral de fallo se encuentra por encima de la curva TMOL. Para combustibles con alto quemado el límite de cantidad de combustible dispersada decrece. En cualquier caso, solo para quemados superiores a 55 GWd/TM la dispersión de combustible puede suponer un problema de seguridad en términos de refrigerabilidad y criticidad. REFERENCIAS [1] “Fuel Fragmentation, Relocation, and Dispersal During the Loss-Of-Coolant Accident”. USNRC NUREG- 2121. Patrick. A.C. Raynaud. March 2012. [2] “Impact of the new LOCA acceptance criteria on the LOCA performance of Cofrentes NPP”. P.J. Garcia Sedano et. al. Paper nº T3-002. 2011 Water Reactor Fuel Performance Meeting. Chengdu (China). Sept. 11-14 2011. 39ª Reunión Anual de la SNE Reus (Tarragona) España, 25-27 septiembre 2013 [3] “Fuel Cladding Failures Following a Large LOCA” R. O. Moreno, I. G. Cabezón, and P.J. García Sedano, Paper 310, 11th International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal-Hydraulics (NURETH-11), Avignon, France, October 2–6, 2005. [4] “A Model for Boiling and Dryout in Particle Beds” R.J. Lipinski. NUREG/CR-2646, SAND82-0765, Washington, D.C., June 1982. [5] “FRAP-T6: A computer code for the transient analysis of oxide fuel rods.” NUREG/CR-2148, June 1983.
