Raziskave

Prenos toplote in snovi

Jedrske reaktorje je vedno treba hladiti. Večino današnjih reaktorjev hladimo s tekočo vodo in vodno paro. Pri reaktorjih v prihodnosti pa načrtujemo in preverjamo tudi uporabo plinov in tekočih (staljenih) kovin in soli. Tokovi tekočin so v razmerah zelo intenzivnega hlajenja praviloma močno turbulentni in dostikrat zaradi uparjanja tudi dvofazni. Cilj naših raziskav je tovrstne procese kar najbolj verodostojno in natančno simulirati.

Staranje in celovitost za varnost pomembnih komponent

Radioaktivne snovi želimo z več zaporednimi pregradami zadržati v reaktorju. Razmeroma visoke obremenitve in različni procesi staranja, npr. utrujanje in napetostna korozija, lahko v več desetletjih obratovanja jedrskih elektrarn pregrade poškodujejo. Pri staranju kovinskih materialov ima dostikrat zelo veliko vlogo tudi mikrostruktura. Raziskujemo metode, ki napovedujejo nastanek in razvoj razpok z upoštevanjem naključne oblike in usmerjenosti kristalnih zrn.

Resne nezgode

Jedrski reaktorji tudi po zaustavitvi proizvajajo zaostalo toploto, ki je posledica spontanih radioaktivnih razpadov razcepkov, nastalih med verižno reakcijo v delujočem reaktorju. Zato je tudi zaustavljene reaktorje nujno treba hladiti. Če nam to ne uspe, se bo reaktor začel pregrevati in se bo prej ali slej tudi stalil, kar privede do resne nezgode. Ob pregrevanju reaktorja in ob stiku taline z betonom se lahko sprostijo večje količine vodika. V odseku raziskujemo metode za napovedovanje širjenja in obvladovanje vodika brez eksplozij. Raziskujemo tudi parne eksplozije, ki bi lahko nastale ob stiku staljenega jedrskega goriva s hladno vodo.

Redno sodelujemo na mednarodnih projektih Evropske komisije in OECD/NEA, ki nam omogočajo dostop do rezultatov relevantnih poskusov. Razvoj modelov in računalniških simulacij podpiramo z občasnim eksperimentalnim delom na evropskih eksperimentalnih napravah, česar sponzor je Evropska komisija.

V preteklih letih smo se osredotočali predvsem na modeliranje procesov v reaktorjih 2. generacije, torej tistih, ki so danes v obratovanju, kamor sodi tudi jedrska elektrarna Krško. V zadnjem času pa se prav tako posvečamo procesom v reaktorjih 3. (v gradnji, npr. Olkiluoto 3 na Finskem) in 4. (v razvoju) generacije, pa tudi eksperimentalnega fuzijskega reaktorja ITER, ki ga gradijo v francoskem raziskovalnem središču Cadarache. Spajanje znanja in izkušenj med raznimi koncepti reaktorjev ima na delo izredno pozitiven vpliv; vpliva predvsem na hitrejši in kvalitetnejši razvoj znanja ter na izboljšave jedrske varnosti. Upravljavci jedrskih elektrarn se namreč praviloma osredotočajo na spremljanje izkušenj v podobnih reaktorjih.

Fuzijske raziskave

Na področju fuzije razvijamo napredne numerične in teoretične modele prenosa toplote, dinamike tekočin in strukturne mehanike, namenjene načrtovanju in analizam komponent in sistemov v fuzijskih reaktorjih. Sodelujemo pri številnih mednarodnih projektih razvoja sistemov fuzijskih naprav, kot so DTT (Divertor Tokamak Test facility), v Italiji, stelarator W7-X, v Nemčiji in demonstracijska fuzijska elektrarna DEMO.  Imamo dolgoletne izkušnje in ekspertizo na področju kompleksnih simulacij računalniške dinamike tekočin in termo-mehanskih analiz, tudi na področju računsko zahtevnih tranzientnih simulacij. V sodelovanju z evropskimi partnerji konzorcija EUROfusion razvijamo koncept licenciranja in varnosti bodočih fuzijskih elektrarn, kjer s pridom uporabljamo naše znanje s področja jedrske varnosti fisijskih elektrarn.