Доктор Жан Рагуз и доктор Маурицио Эдуардо Тано Ретамалес из Департамента ядерной инженерии в Техасском Университете провели полноценный анализ безопасности нового, четвертого поколения реакторов. В таких реакторах с галечным слоем используются сферические топливные элементы, напоминающие гальку, и жидкий теплоноситель (обычно газ).
«Можно представить реактор как большое ведро с 40 000 теннисных мячей внутри», — подмечает Рагуз.
Во время аварии, когда газ в активной зоне реактора начинает нагреваться, холодный воздух начинает подниматься, этот процесс известен как охлаждение за счет естественной конвекции. Кроме того, топливные шарики сделаны из пиролитического углерода и трехструктурно-изотропных частиц, что делает их устойчивыми к температурам до 1 600 градусов Цельсия. Как очень высокотемпературный реактор (VHTR), реакторы с галечным слоем могут охлаждаться за счет пассивной естественной циркуляции, что делает теоретически невозможным возникновение аварии, подобной Фукусиме.
Однако при нормальной работе галька охлаждается высокоскоростным потоком. Этот поток создает движение вокруг камешков топлива и между ними, подобно тому, как порыв ветра изменяет траекторию движения теннисного мяча. Разработчики изучили процесс трения между камешками и влияние этого трения в процессе охлаждения.
«Мы определили местонахождение этих “теннисных мячей” с помощью метода дискретных элементов, в котором мы учитываем движение и трение между всеми теннисными мячами, вызванные потоком, — сказал Тано. — «Связанная модель затем проверяется на соответствие тепловым измерениям в эксперименте SANA».
Эксперимент SANA проводился в начале 1990-х и измерял, как механизмы в реакторе меняются местами при передаче тепла от центра цилиндра к внешней части. Этот эксперимент позволил Тано и Рагузе получить стандарт, по которому они могли бы проверять свои модели.
В результате команды разработали объединенную модель вычислительной гидродинамики и методов дискретных элементов для изучения течения над слоем гальки. Эта модель теперь может быть применена ко всем высокотемпературным реакторам с галечным слоем и является первой вычислительной моделью такого рода, которая делает это. Подобные инструменты очень высокой точности позволяют поставщикам разрабатывать более совершенные реакторы.
Читайте также:
Высокий рост, пропавшие зубы, новые кости: что произошло с телом человека за сто лет
Огромную моль нашли в Австралии. Ее размах крыльев — 25 см
Физики создали аналог черной дыры и подтвердили теорию Хокинга. К чему это приведет?