Heat Transfer Analysis of the EPR Core Catcher Test Facility Volley

Uusi EPR-reaktorikonsepti on suunniteltu selviytymään tapauksista, joissa reaktorinsydän sulaa ja sula puhkaisee paineastian. Suojarakennuksen sisälle on suunniteltu alue, jolle sula passiivisesti kerätään, pidätetään ja jäähdytetään. Alueelle laaditaan valurautaelementeistä ns.sydänsieppari, joka tulvitetaan vedellä. Sydänsulan tuottama jälkilämpö siirtyyveteen, mistä se poistetaan suojarakennuksen jälkilämmönpoistojärjestelmän kautta. Suuri osa lämmöstä poistuu sydänsulasta sen yläpuolella olevaan veteen, mutta lämmönsiirron tehostamiseksi myös sydänsiepparin alapuolelle on sijoitettu vedellä täytettävät jäähdytyskanavat. Jotta sydänsiepparin toiminta voitaisiin todentaa, on Lappeenrannan Teknillisellä Yliopistolla rakennettu Volley-koelaitteisto tätä tarkoitusta varten. Koelaitteisto koostuu kahdesta täysimittaisesta valuraudasta tehdystä jäähdytyskanavasta. Sydänsulan tuottamaa jälkilämpöä simuloidaan koelaitteistossa sähkövastuksilla. Tässä työssä kuvataan simulaatioiden suorittaminen ja vertaillaan saatuja arvoja mittaustuloksiin. Työ keskittyy sydänsiepparista jäähdytyskanaviin tapahtuvan lämmönsiirron teoriaan jamekanismeihin. Työssä esitetään kolme erilaista korrelaatiota lämmönsiirtokertoimille allaskiehumisen tapauksessa. Nämä korrelaatiot soveltuvat erityisesti tapauksiin, joissa vain muutamia mittausparametreja on tiedossa. Työn toinen osa onVolley 04 -kokeiden simulointi. Ensin käytettyä simulointitapaa on kelpoistettuvertaamalla tuloksia Volley 04 ja 05 -kokeisiin, joissa koetta voitiin jatkaa tasapainotilaan ja joissa jäähdytteen käyttäytyminen jäähdytyskanavassa on tallennettu myös videokameralla. Näiden simulaatioiden tulokset ovat hyvin samanlaisiakuin mittaustulokset. Korkeammilla lämmitystehoilla kokeissa esiintyi vesi-iskuja, jotka rikkoivat videoinnin mahdollistavia ikkunoita. Tämän johdosta osassa Volley 04 -kokeita ikkunat peitettiin metallilevyillä. Joitakin kokeita jouduttiin keskeyttämään laitteiston suurten lämpöjännitysten johdosta. Tällaisten testien simulaatiot eivät ole yksinkertaisia suorittaa. Veden pinnan korkeudesta ei ole visuaalista havaintoa. Myöskään jäähdytteen tasapainotilanlämpötiloista ei ole tarkkaa tietoa, mutta joitakin oletuksia voidaan tehdä samoilla parametreilla tehtyjen Volley 05 -kokeiden perusteella. Mittaustulokset Volley 04 ja 05 -kokeista, jotka on videoitu ja voitu ajaa tasapainotilaan saakka, antoivat simulaatioiden kanssa hyvin samankaltaisia lämpötilojen arvoja. Keskeytettyjen kokeiden ekstrapolointi tasapainotilaan ei onnistunut kovin hyvin. Kokeet jouduttiin keskeyttämään niin paljon ennen termohydraulista tasapainoa, ettei tasapainotilan reunaehtoja voitu ennustaa. Videonauhoituksen puuttuessa ei veden pinnan korkeudesta saatu lisätietoa. Tuloksista voidaan lähinnä esittää arvioita siitä, mitä suuruusluokkaa mittapisteiden lämpötilat tulevat olemaan. Nämä lämpötilat ovat kuitenkin selvästi alle sydänsiepparissa käytettävän valuraudan sulamislämpötilan. Joten simulaatioiden perusteella voidaan sanoa, etteivät jäähdytyskanavien rakenteet sula, mikäli niissä on pienikin jäähdytevirtaus, eikä useampia kuin muutama vierekkäinen kanava ole täysin kuivana.

Sodaliittien Na8(AlSiO4)6(Cl,S)2 tenebresenssin ja luminesenssin tutkiminen NMR ja EPR spektroskopioita apuna käyttäen

Sodaliitit ovat mineraaleja, joiden ominaisuuksia ovat tenebresenssi, luminesenssi ja kestoluminesenssi. Sodaliitteja voidaan löytää luonnosta, mutta niitä pystytään valmistamaan myös laboratoriossa kiinteän olomuodon menetelmällä. Yksi sodaliittien erityistapauksista on hackmaniitti. Hackamiittiin tutustumalla voidaan helposti tutustua yleisesti sodaliitteihin. Hackamniitin rakenne perustuu rakennekaavaan Na8[AlSiO4]6[Cl,S]2. Rakenteeseen voidaan kuitenkin tehdä hienovaraisia muutoksia, joilla saadaan aikaan ominaisuuksien muutoksia syntyvissä tuotteissa. Työssä valmistettiin synteettisiä sodaliitteja, joiden kloori- ja rikkiatomien suhdetta ja vakanssien määrää muutettiin. Syntyneiden tuotteiden kiderakenne vastasi luonnollisen sodaliitin kiderakennetta. Kiderakenteen sisällä olevat muutokset vaikuttivat kuitenkin sodaliittien luminesenssin intensiteettiin ja tenebresenssissä syntyvän värin tummuuteen ja värin kestoon. Koska rakenne selkeästi vaikuttaa sodaliitin ominaisuuksiin, pyrittiin työssä löytämään parhaat menetelmät, joilla rakennetta voidaan tutkia. Perinteisten rakennetutkimusmenetelmien, (kuten XPD:n) lisäksi tutkittiin magneettiseen värähtelyyn perustuvien tekniikoiden (NMR ja EPR) käyttöä sodaliittien tutkimisessa. Sodaliitteja on tutkittu toistaiseksi kovin vähän. Tulevaisuudessa sodaliitit ovat kuitenkin mielenkiintoinen tutkimuskohde, sillä niissä saadaan aikaan useita optisia ominaisuuksia eri viritysaallonpituuksilla. Työssä esitettyjen tutkimusmenetelmien avulla sodaliitteja voidaan jatkossa tutkia entistä paremmin ja niiden rakenteesta

Epstein-Barr-virus -IgG-avidity : menetelmän pystytys ja evaluointi

Epstein-Barr-virus (EBV) on hyvin yleinen ihmispatogeeni. Primaarin EBV-infektion erottaminen viruksen reaktivaatiosta sekä oireiltaan samankaltaisista taudeista on tärkeää. EBV-IgG-aviditeettitutkimusta käytetään infektioajankohdan määrittämiseen. Työ tehtiin Helsingin yliopiston virustutkimusryhmässä. Työn tarkoitus oli tutkia, soveltuuko Diasorinin IgG-VCA tuotepaketti aviditeettitutkimukseen sekä selvittää antaako EPR-menetelmä vai index-menetelmä luotettavammat tulokset. Määritin Diasorinin aviditeettimenetelmällä yhteensä 101 seeruminäytettä. Näytteistä 35 oli vanhan immuniteetin näytettä ja loput akuutin infektion näytteitä. Referenssimenetelmänä toimi HUSLABin Dade Behringin menetelmä. Suurimmalle osalle näytteistä oli aviditeettitulos määritettynä myös referenssimenetelmällä. Aviditeettimenetelmän periaate on ELISA-menetelmän muunnos, jossa osaa vasta-aineproteiineista denaturoidaan urealiuoksella. Näin saadaan selville, onko vasta-aine tiukasti vai löyhästi kiinnittynyt antigeeniinsa. Matala aviditeetti viittaa akuuttiin infektioon ja taas korkea aviditeetti vanhaan immuniteettiin. Tulosten perusteella Diasorinin IgG-VCA tuotepakkaus soveltuu melko hyvin aviditeettitutkimukseen. Verratessani saatuja tuloksia referenssimenetelmän tuloksiin oli menetelmien välinen korrelaatio hyvä. Diasorinin 4-pisteen EPR-menetelmän sensitiivisyys ja spesifisyys olivat laskutavasta riippuen kummatkin noin 90 mikä on kohtalaisen hyvä. Verrattaessa eri tulostenlaskentatapoja keskenään antoi 4-pisteen EPR-menetelmä luotettavimmat tulokset. Index-menetelmän heikkous oli huono sensitiivisyys, joka jäi vain 77 in. Saatujen tuloksien perusteella voidaan todeta, että Diasorinin tuotepakkaus soveltuu aviditeettitutkimukseen. Aviditeettitutkimuksesta on usein hyötyä lisätutkimuksena tavallisten EBV-vasta-ainetutkimusten rinnalla. Todennäköisesti suuremmalla otoskoolla olisi menetelmän sensitiivisyys ja spesifisyys olleet vielä paremmat.

Experimental thermal hydraulic studies on the enhancement of safety of LWRs

The safe use of nuclear power plants (NPPs) requires a deep understanding of the functioning of physical processes and systems involved. Studies on thermal hydraulics have been carried out in various separate effects and integral test facilities at Lappeenranta University of Technology (LUT) either to ensure the functioning of safety systems of light water reactors (LWR) or to produce validation data for the computer codes used in safety analyses of NPPs. Several examples of safety studies on thermal hydraulics of the nuclear power plants are discussed. Studies are related to the physical phenomena existing in different processes in NPPs, such as rewetting of the fuel rods, emergency core cooling (ECC), natural circulation, small break loss-of-coolant accidents (SBLOCA), non-condensable gas release and transport, and passive safety systems. Studies on both VVER and advanced light water reactor (ALWR) systems are included. The set of cases include separate effects tests for understanding and modeling a single physical phenomenon, separate effects tests to study the behavior of a NPP component or a single system, and integral tests to study the behavior of the whole system. In the studies following steps can be found, not necessarily in the same study. Experimental studies as such have provided solutions to existing design problems. Experimental data have been created to validate a single model in a computer code. Validated models are used in various transient analyses of scaled facilities or NPPs. Integral test data are used to validate the computer codes as whole, to see how the implemented models work together in a code. In the final stage test results from the facilities are transferred to the NPP scale using computer codes. Some of the experiments have confirmed the expected behavior of the system or procedure to be studied; in some experiments there have been certain unexpected phenomena that have caused changes to the original design to avoid the recognized problems. This is the main motivation for experimental studies on thermal hydraulics of the NPP safety systems. Naturally the behavior of the new system designs have to be checked with experiments, but also the existing designs, if they are applied in the conditions that differ from what they were originally designed for. New procedures for existing reactors and new safety related systems have been developed for new nuclear power plant concepts. New experiments have been continuously needed.

Vertailuanalyysin käyttö termohydraulisten koelaitteistojen tulosten laitosmittakaavaan skaalautumisen tutkimisessa

Työn tavoitteena oli tarkastella termohydraulisten koelaitteistojen skaalauksessa käytettäviä periaatteita ja menettelyjä sekä vertailla Apros-simulaattoriohjelmalla laskettuja kanden koelaitteistomallin ja EPR-mallin tuloksia. Tarkoituksena oli saada käsitys siitä, miten hyvin tarkastellut koelaitteistot kuvaavat EPR-Iaitostyypin käyttäytymistä onnettomuustilanteessa. Malleilla tutkittiin jäähdytteen määrän vaikutusta primääripiirin käyttäytymiseen. Koelaitteistomallien tuloksissa toistuvat samat ilmiöt kuin EPR-mallin tuloksissa. Laskettuja PKL-koelaitteistomallin tuloksia vertailtiin myös koelaitteistolla suoritettuun kokeeseen. PKL-mallin todettiin toistavan hyvin kokeen tulokset. Koelaitteistojen tuloksien perusteella kelpoistetaan laskentaohjelmia, joita käytetään ydinvoimalaitosten turvallisuustutkimuksessa. Erityistä harkintaa tulee käyttää koelaitteistojen tulosten hyödyntämisessä, sillä mittakaava vaikuttaa ilmiöiden esiintymiseen.

Suomen seuraavien ydinvoimalaitosehdokkaiden tyyppivertailu

Tässä kandidaatintyössä on esitelty ja vertailtu Suomeen ehdolla olevat ydinvoimalaitostyypit pääasiassa voimayhtiöiden periaatepäätöshakemusten pohjalta.

Vaikutusalakirjastojen muodostaminen Serpent-ARES-laskentaketjussa

Tässä diplomityössä on esitetty työn yhteydessä toteutetun Serpent-ARES-laskentaketjun muodostamiseksi tarvittavat toimenpiteet. ARES-reaktorisydän-simulaattorissa tarvittavien homogenisoitujen ryhmävakiokirjastojen muodostaminen Serpentiä käyttäen tekee laskentaketjusta muiden käytössä olevien reaktorisydämen laskentaketjujen mahdollisista virhelähteistä riippumattoman. Monte Carlo-laskentamenetelmään perustuvaa reaktorifysiikan laskentaohjelmaa käyttämällä ryhmävakiokirjastot muodostetaan uudella menetelmällä ja näin saadaan viranomaiskäyttöön voimayhtiöiden käyttämistä menetelmistä riippumaton laskentaketju reaktorien turvallisuusmarginaalien laskentaan. Työn yhteydessä muodostetun laskentaketjun ja tehtyjen vaikutusalakirjastojen muodostamisrutiinien sekä parametrisovitteiden toimivuus on todettu laskemalla Olkiluoto 3 - reaktorin alkulatauksen säätösauvojen tehokkuuksia ja sammutusmarginaaleja eri olosuhteissa. Menetelmä on todettu toimivaksi parametrien pätevyysalueella ja saadut laskentatulokset ovat oikeaa suuruusluokkaa. Parametrimallin tarkkuutta ja pätevyysaluetta on syytä vielä kehittää, ennen kuin laskentaketjua voidaan käyttää varmentamaan muilla menetelmillä laskettujen tulosten oikeellisuutta.