新型炉の統合および個別影響試験

エネルギー情報局 (EIA) の 2017 年国際エネルギー見通しによると、世界のエネルギー消費は 2020 年から 2040 年の間に 28% 増加すると予想されています (EIA、2017 年)。 原子力発電所は現在、世界の電力の 11% を生成しています。 原子力発電は世界で 2 番目に急速に成長するエネルギー源となり、2020 年から 2035 年にかけて毎年平均 1.5% ずつ増加すると予測されています。米国では現在、原子力発電は全発電量の約 20% を占めています。全国のクリーン電力全体の 50% 以上を占めています。

原子力発電は、2050 年までに経済全体で実質ゼロ排出を達成するために不可欠な資源であると認識されています。世界の原子力発電のほとんどは、第 2 世代および第 3 世代の原子力発電所によって生成されています。 既存の原子力発電所の大部分は 2030 年代に廃止される予定ですが、世界中でカーボンフリー電力の需要が高まり、原子力エネルギーの開発が促進されるでしょう。 将来の原子力の安全性、信頼性、持続可能性、経済競争力、耐拡散性を実現するためには、原子力開発における技術の向上が求められています。 最新鋭の原子炉は、原子力産業を変革する可能性をもたらし、世界中の送電網の脱炭素化から生じる多くの課題に対処する、安全で信頼性の高いカーボンフリーの電力を提供します。 米国は過去10年間、新型炉の新技術開発に多大な労力を投資してきた。

先進的な原子炉の開発には、正常、過渡、非正常、事故条件下で新たな現象を示す統合された複雑なシステムの理解が必要です (Zweibaum et al., 2015)。 新型炉の現象学的解析と熱水力学的挙動は、その設計と安全性評価の基礎を形成します (Mascari et al., 2015)。

有意義な本格的な実験を実行するには、費用と時間がかかり、利用可能な時間と予算内では不可能です。 適切なスケーリングを考慮した、スケールダウンした実験テスト、たとえば個別効果テスト (SET) や統合効果テスト (IET) は、考えられるプロトタイプの熱流体挙動を特徴付けるための実験データベースを開発するのに適しています。 システムレベルの熱流体コードはデータベースに対して検証され、原子炉システムの設計と安全性解析に使用されます。

一方で、SET は、プロトタイプまたはシミュレートされた条件下で単一の局所現象または組み合わせた現象を特徴付けるための物理モデルおよび/または経験的相関関係を開発および検証するための実験データを提供するために実施されます。 これらのモデルと相関関係はそれぞれプロトタイプに必ずしも適合するとは限らないため、狭い範囲の条件内で適用可能性が限定された多くの物理モデルと経験的相関関係がシステム コードに実装され、さまざまなタイプのシミュレーションによる熱流体応答の特定に使用されます。対象となる原子炉の事故と異常過渡状態。

SET 機能は通常、スケーリングの歪みを最小限に抑えるために高度に装備されています。 一方、IET は、システム全体の動作、現象、プロセス、2 つ以上のコンポーネントの相互作用、およびシステム全体の設計対象機能に典型的な局所的な現象を調査するために実行されます (USNRC、1998)。 。 IET 施設は、基準原子炉内で想定される事故や異常な過渡現象によって現れる可能性のある動的および同様の熱水力学的応答全体を提供できます。

IETの実験から得られたデータは、基準原子炉の実物大の条件に直接適用するのではなく、システムコードの検証や事故現象の理解に使用されます。 IET 施設の計器とセンサーの数は、SET 施設の数よりも少ないです。 スケーリングの歪みは IET にとって避けられず、安全解析における不確実性の原因となる可能性があります。 したがって、時間制御は現実的ではないため、スケーリング歪み、特に時間スケーリング歪みを最小限に抑えるか排除することが重要です (Bestion、2017)。