AMSimLOCA – Advanced modelling and simulation of nuclear fuel behaviour based on LOCA tests at the MIR reactor

• Unité de recherche: OFEN
• Numéro de projet: SI/502311

Description succincte (Anglais)

The project is tightly integrated into the long-term scientific collaboration between the LRS at EPFL and the Commissariat à l'Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives (CEA, France) in the field of Light Water Reactor (LWR) safety. It benefits from the ongoing OECD/NEA Framework for Irradiation Experiments (FIDES), as well as from the NEA’s NEST (“Nuclear Education, Skills and Technology”) Initiative. The focus is on the modelling and simulation of LWR nuclear fuel, in particular on the be-haviour of irradiated fuel during a postulated Loss of Coolant Accident (LOCA). In the project, LOCA tests carried out at the MIR reactor in Russia with VVER-type fuel will be simulated by making use of two cutting-edge and internationally recognized computational tools, namely: the CEA’s software platform PLEIADES/ALCYONE, and EPFL’s OpenFOAM-based software OFFBEAT. The main goal of the work is the validation, calibration and further development of the two codes based on newly available experimental data. In addition, a first-of-a-kind code-to-code benchmark of two modern multi-dimensional codes for fuel behaviour will be performed.

Description succincte (Italien)

Il progetto è strettamente integrato nella collaborazione scientifica a lungo termine tra il laboratorio LRS dell'EPFL e il Commissariato per l'energia atomica e le energie alternative (CEA, Francia) nel campo della sicurezza dei reattori ad acqua leggera (LWR). Esso beneficia dell'attuale OCDE/NEA Framework for Irradiation Experiments (FIDES), così come l'iniziativa NEST ("Nuclear Education, Skills and Technology")della NEA. Il progetto si concentra sul campo della modellazione e della simulazione del combustibile nucleare, e in particolare sul comportamento del combustibile VVER irradiato durante un ipotetico Loss of Coolant Accident (LOCA). Nel progetto, i test LOCA effettuati presso il reattore MIR in Russia saranno simulati utilizzando due strumenti di calcolo all'avanguardia e riconosciuti a livello internazionale: la piattaforma software PLEIA-DES/ALCYONE del CEA e il software OFFBEAT dell'EPFL basato su OpenFOAM. L'obiettivo principale del lavoro è la validazio-ne e l'ulteriore sviluppo dei due codici sulla base di nuovi dati sperimentali disponibili. Inoltre, verrà eseguito un primo benchmark codice a codice di due moderni codici multidimensionali per il com-portamento del combustibile.

Rapport final (Allemand)

Das Projekt AMSimLOCA ist eng in eine langfristige wissenschaftliche Zusammenarbeit zwischen dem Labor für Reaktorphysik und Systemverhalten an der EPFL und dem Commissariat à l'Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives (CEA, Frankreich) auf dem Gebiet der Sicherheit von Leichtwasserreaktoren (LWR) eingebettet. Es nimmt Kredit vom laufenden OECD/Nuclear Energy Agency (NEA) Framework for lrradiation Experiments (FIDES) und konzentriert sich auf die Modellierung und Simulation von LWR-Kernbrennstoffen unter Störfallbedingungen. Der anfängliche Schwerpunkt lag auf dem Brennstoffverhalten bei einem postulierten Kühlmittelverlustunfall (LOCA), mit Validierungsdaten, die vom MIR-Reaktor in Russland hätten geliefert werden sollen. Angesichts der aktuellen geopolitischen Lage und der Unmöglichkeit, Daten aus dem MIR-Reaktor zu erhalten, wurde gemeinsam mit der CEA beschlossen, den Schwerpunkt des Projekts durch die Beteiligung an einem weiteren FIDES-Projekt (HERA: High Burnup Experiments in Reactivity Initiated Accidents) auf Reaktivitätsstörfälle (RIAs) auszuweiten. HERA wird Validierungsdaten zur Verfügung stellen, die aus Messungen am TREAT-Reaktor der Idaho National Laboratories, USA, gewonnen werden. Die Aktivitäten konzentrierten sich daher auf die Erweiterung des EPFL-eigenen OFFBEAT-Brennstabverhalten-Codes für die Analyse von LWR-Störfallbedingungen. Dank dieser Entwicklungsarbeit kann OFFBEAT sowohl für die Analyse von LOCAs als auch von RIAs eingesetzt werden, und es wird an der Vorbereitung der Eingabedateien für die Simulation der Experimente gearbeitet, die im TREAT-Reaktor durchgeführt werden sollen.

Rapport final (Anglais)

The project AMSimLOCA is tightly integrated into a long-term scientific collaboration between the Laboratory for Reactor Physics and System Behaviour at the EPFL and the Commissariat à l'Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives (CEA, France) in the field of Light Water Reactor (LWR) safety. lt benefits from the ongoing OECD/NEA Framework for lrradiation Experiments (FIDES) and it focuses on the modelling and simulation of LWR nuclear fuel. The initial focus was on fuel behavior during a postulated Loss of Coolant Accident (LOCA), with validation data that should have been provided by the MIR reactor in Russia. In view of the current geopolitical situation and the impossibility to receive data from the MIR reactor, it was decided, together with the CEA, to expand the focus of the project to Reactivity-Initiated Accidents (RIAs) via participation to another FIDES project named HERA (High Burnup Experiments in Reactivity Initiated Accident). HERA will provide validation data obtained in the TREAT reactor in the US. The activities have thus focused on the extension of the in-house OFFBEAT code for the analysis of accidental conditions. This development work allows OFFBEAT to be employed for the analysis of both LOCAs and RIAs, and work is ongoing to prepare the input decks for the simulation of the experiments that will be carried out in the TREAT reactor. 

Documents annexés

• Final report [PDF] 4'181 kB

Rapport final (Français)

Le projet AMSimLOCA est étroitement lié à une collaboration scientifique à long terme entre le Laboratoire de physique des réacteurs et de comportement des systèmes de l'EPFL et le Commissariat à l'Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives (CEA, France) dans le domaine de la sûreté des réacteurs à eau légère (REL). Il emprunte à l'actuel Framework for lrradiation Experiments (FIDES) de l'OCDE/Agence de l'énergie nucléaire (AEN) et se concentre sur la modélisation et la simulation du combustible nucléaire des REL dans des conditions accidentelles. L'accent initial a été mis sur le comportement du combustible en cas d'accident postulé de perte de réfrigérant (LOCA), avec des données de validation qui auraient dû être fournies par le réacteur MIR en Russie. Compte tenu de la situation géopolitique actuelle et de l'impossibilité d'obtenir des données du réacteur MIR, il a été décidé, en collaboration avec le CEA, d'élargir l'axe du projet aux accidents de réactivité (RIA) en participant à un autre projet FIDES (HERA : High Burnup Experiments in Reactivity Initiated Accidents). HERA fournira des données de validation obtenues à partir de mesures effectuées sur le réacteur TREAT des Idaho National Laboratories, aux États-Unis. Les activités se sont donc concentrées sur l'extension du code de comportement du crayon combustible OFFBEAT propre à l'EPFL pour l'analyse des conditions d'accident REL. Grâce à ce travail de développement, OFFBEAT peut être utilisé aussi bien pour l'analyse des LOCA que des RIA, et des travaux sont en cours pour préparer les fichiers d'entrée pour la simulation des expériences qui seront menées dans le réacteur TREAT.