De renaissance in de nucleaire sector gaat niet voorbij aan de onderzoeksgroep Physics of Nuclear Reactors (PNR) van de TU-Delft. Niet alleen kiezen elk jaar een toenemend aantal studenten voor de vakinhoudelijke colleges, ook willen steeds meer Bachelor en Master studenten hun eindproject in deze onderzoeksgroep uitvoeren.

Hans Koopman tijdens zijn verdediging.

Op 18 juni studeerde Hans Koopman af op een verschijnsel waar nog maar weinig over bekend was: De invloed van de locatie van de voedingswaterinlaat op de stabiliteit van de ESBWR. Door kleine schommelingen in de stroming ontstaan kleine temperatuurschommelingen aan de onderkant van de kern. Die temperatuurschommelingen worden veroorzaakt doordat de stroming afwisselend langzamer en sneller langs de voedingswaterinlaat stroomt. Als de schommelingen een bepaalde frequentie hebben, dan ontstaat in de “downcomer” een temperatuursgolf met een golflengte die bepaald wordt door de frequentie en de gemiddelde snelheid van het water in de downcomer. Master student Hans Koopman en bachelor student Melchior van Wessem hebben dit onderwerp zowel numeriek als experimenteel onderzocht. Hiervoor werd een volledig nieuwe code ontwikkeld en werd de bestaande experimentele opstelling voorzien van 13 verschillende voedingswaterinlaatpunten. Hans en Melchior vonden dat de meest stabiele situatie ontstaat als de temperatuursverandering bij de ingang van de kern in fase is met de stroming. Het meest instabiele punt ontstaat bij een faseverschil van 1800. In de praktijk betekent dit dat de inlaat niet op een willekeurige plek geplaatst kan worden, maar dat er bepaalde locaties zijn die gunstig zijn voor de stabiliteit van de ESBWR.

Andrea Ooms tijdens haar verdediging.

Een geheel ander type onderzoek werd uitgevoerd door de master studente Andrea Ooms en bachelor student Vincent van Dijk. Beiden hebben zich gericht op de bepaling van de posities en van het transport van splijtstofkogels door de reactorkern van een kogelbed Hoge Temperatuur Reactor. Deze reactorkern bestaat in het echt uit wel 500.000 kogels met een diameter van 6 cm in een annulair reactorvat van grafiet. Langs de wanden van de reactorkern is de porositeit van het gepakte bed veel groter dan in het centrum, wat nadelige gevolgen kan hebben voor de lokale vermogensproductie. Behalve dat de kogels tegen de reflectorwand beter worden gekoeld, liggen ze ook in de zogenaamde reflectorpiek, de toename in de thermische neutronfluxdichtheid door de invloed van de reflectorwand. Beide effecten leiden tot een lokale piek in de vermogensproductie.

Andrea heeft het probleem theoretisch aangepakt door een analytisch model op te stellen voor de stapeling van kogels in een stochastisch gepakt bed. Hiermee kan ze de porositeit als functie van de straal in het bed uitrekenen. Door kogels van onderen weg te nemen, bewegen de kogels langzaam door het bed. Vincent heeft een opstelling gebouwd waarmee de porositeit in een statisch gepakt knikkerbed experimenteel kan worden bepaald met gammatransmissie methoden. De opstelling is een geschaalde versie van de HTR-10 reactor die in bedrijf is in China. Met een radioactieve gammabron en een detector wordt het gehele bed “gescand” en de porositeit van het bed als functie van de straal gemeten. Beide studenten zijn deze zomer met succes afgestudeerd.

Georgia Rodigari is een master studente van de Universiteit van Milaan die via een uitwisselingsprogramma bij PNR haar afstudeerwerk heeft verricht in Delft. Zij heeft zich vastgebeten in de ontwikkeling van geadjungeerde rekentechnieken voor tijdafhankelijk gedrag van reactoren. Deze technieken kunnen worden gebruikt om de variatie in het resultaat, bijvoorbeeld het reactorvermogen tijdens een transiënt, ten gevolge van onzekerheden in de invoerdata, te bepalen. Normaal zou de transiëntberekening vele malen moeten worden uitgevoerd om een idee te krijgen van de onzekerheden in de eindresultaten; met geadjungeerde rekentechnieken hoeven slechts twee berekening te worden uitgevoerd. Het bijzondere van het werk van Georgia is dat ze de methodiek heeft uitgebreid naar gesmolten zout reactoren, waarin het koelmiddel met daarin opgelost de splijtstof, door de reactorkern stroomt. Georgia zal binnenkort haar verslag verdedigen voor de afstudeercommissie in Milaan.

For more information, please contact j.l.kloosterman@tudelft.nl.