Forschung im Bereich Reaktorsicherheit
Im Bereich der Reaktorsicherheit soll die Förderung dazu beitragen, die wissenschaftlichen Grundlagen für den sicheren Betrieb von Kernreaktoren zu vertiefen. Erwünscht ist auch eine Zusammenarbeit mit ausländischen Forschungsprojekten bzw. Forschungsinstitutionen, um eine möglichst breit abgesicherte Daten- und Wissensbasis zu schaffen.
In Abgrenzung zu den beim BMWi und BMU geförderten Vorhaben werden im Rahmen dieser Bekanntmachung vor allem Arbeiten zur Simulation und Modellierung gefördert. Die Modelle sollen an Experimenten im Labor- und Technikums-maßstab, wie sie insbesondere in den Zentren der Helmholtz-Gemeinschaft zur Verfügung stehen, überprüft werden. Durch diesen Ansatz soll auch die Kooperation zwischen Hochschulen und institutionell geförderten Instituten im Rahmen des Kompetenzverbunds Kerntechnik weiter intensiviert werden.
Ein zentraler Aspekt der Vorhaben ist die wissenschaftliche Qualifizierung von Studenten und Doktoranden bei den Antragstellern. Durch die Einbindung des Forschungsvorhabens in die wissenschaftliche Ausbildung werden junge Ingenieure/innen mit aktuellen kerntechnischen Fragestellungen vertraut gemacht und vertieft an diese Themengebiete herangeführt. Dies ist ein Beitrag zum Erhalt nationaler kerntechnischer Kompetenz, der hilft, die deutsche Spitzenposition der Reaktorsicherheitsforschung trotz nationalem Ausstieg aus der Kernenergie international zu sichern.
Wissenschaftliche Fragen und Herausforderungen sind in diesem Zusammenhang:
- Entwicklung von dreidimensionalen Simulationsmethoden im Hinblick auf die ganzheitliche Berechnung eines Reaktors
- Validierung der erarbeiteten Modelle für instationäre, turbulente und anisotrope Strömungen in komplexen 3D-Geometrien
- Untersuchungen zu innovativen Brennstoffkonzepten hinsichtlich der Integrität des Brennstoffeinschlusses unter Betriebs- und Störfallbedingungen, des Kritikalitäts- und Abbrandverhaltens und Berücksichtigung von Entsorgungsaspekten, soweit diese auf die in Deutschland zur Zeit betriebenen Anlagen Auswirkung haben können.
- Entwicklung innovativer Mess- und Diagnosetechniken zur Charakterisierung des Materialzustandes von Komponenten, zur Bestimmung von Reaktorzustandsgrößen sowie von innovativen Verfahren zur Anlagen- und Prozessdiagnose.
Das Vorhaben umfasst die Modellierung, Simulation und Experimente in verschiedenen Maßstäben u.a. an der vorhandenen thermohydraulischen Versuchsanlage TOPFLOW (FZD) unter Einsatz modernster Messtechnik. Die Weiterentwicklung der Messmethodik ist ein wesentlicher Bestandteil des Vorhabens. Komplementär werden auch Direkte Numerische Simulationen (DNS) durchgeführt. Aufbauend auf den Resultaten von Experimenten und DNS werden physikalische Modelle für Siedevorgänge entwickelt, welche als Schließungsbeziehungen in CFD-Programme eingebaut und anhand der gewonnenen Daten sowie an in der Literatur publizierten Ergebnissen validiert werden. Das Vorhaben trägt damit unmittelbar zur Weiterentwicklung der CFD-Methoden für die Reaktorsicherheit bei.
Das Vorhaben umfasst die Modellierung, Simulation und Experimente in verschiedenen Maßstäben u.a. an der vorhandenen thermohydraulischen Versuchsanlage TOPFLOW (FZD) unter Einsatz modernster Messtechnik. Die Weiterentwicklung der Messmethodik ist ein wesentlicher Bestandteil des Vorhabens. Komplementär werden auch Direkte Numerische Simulationen (DNS) durchgeführt. Aufbauend auf den Resultaten von Experimenten und DNS werden physikalische Modelle für Siedevorgänge entwickelt, welche als Schließungsbeziehungen in CFD-Programme eingebaut und anhand der gewonnenen Daten sowie an in der Literatur publizierten Ergebnissen validiert werden. Das Vorhaben trägt damit unmittelbar zur Weiterentwicklung der CFD-Methoden für die Reaktorsicherheit bei.
Das Vorhaben CIWA behandelt die Berechnung sicherheitstechnisch relevanter Szenarien mit instationären, thermohydraulischen Strömungsvorgängen in Rohrleitungen. Es werden neue, experimentelle sowie analytische Untersuchungen durchgeführt und die derzeit angewendeten Berechnungsprogramme werden erweitert zur Beschreibung der durch kaltes Wasser induzierten Kontaktkondensation. Die neu entwickelten und validierten Modelle aus der Grundlagenforschung lassen sich auch in den konventionellen energietechnischen Bereich übertragen und bringen somit weiteren Nutzen auch über den kerntechnischen Bereich hinaus.
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Ein zentraler Aspekt der Vorhaben ist die wissenschaftliche Qualifizierung von Studenten und Doktoranden bei den Antragstellern. Durch die Einbindung des Forschungsvorhabens in die wissenschaftliche Ausbildung werden junge Ingenieure/innen mit aktuellen kerntechnischen Fragestellungen vertraut gemacht und vertieft an diese Themengebiete herangeführt. Dies ist ein Beitrag zum Erhalt nationaler kerntechnischer Kompetenz, der hilft, die deutsche Spitzenposition der Reaktorsicherheitsforschung trotz nationalem Ausstieg aus der Kernenergie international zu sichern.
Wissenschaftliche Fragen und Herausforderungen sind in diesem Zusammenhang:
- Entwicklung von 3D-Simulationsmethoden im Hinblick auf die ganzheitliche Berechnung eines Reaktors
- Validierung der Modelle für instationäre, turbulente und anisotrope Strömungen in komplexen 3D-Geometrien
- Untersuchungen zu innovativen Brennstoffkonzepten hinsichtlich der Integrität des Brennstoffeinschlusses unter Betriebs- und Störfallbedingungen, des Kritikalitäts- und Abbrandverhaltens und Berücksichtigung von Entsorgungsaspekten, soweit diese auf die in Deutschland zur Zeit betriebenen Anlagen Auswirkung haben können.
- Entwicklung innovativer Mess- und Diagnosetechniken zur Charakterisierung des Materialzustandes von Komponenten, zur Bestimmung von Reaktorzustandsgrößen sowie von innovativen Verfahren zur Anlagen- und Prozessdiagnose.