Amerikanska forskare vid Texas A&M University har tagit fram en modell som bättre kan förutsäga de fysiska fenomen som sker inuti så kallade pebble bed-reaktorer, som är en typ av grafitmodererade högtemperaturreaktorer som tillhör kärnkraftens fjärde generation.
Forskarna Jean Ragusa och Mauricio Eduardo Tano Retamales från Texas A&M University i USA har studerat de grafitmodererade högtemperaturreaktorer som kallas för pebble bed-reaktorer. Dessa fjärde generationens reaktorer använder sig av sfäriska bränsleelement, innehållande tusentals bränslepartiklar inbäddade i grafit, och kyls med hjälp av flytande gas.
- Det finns omkring 40 000 bränslekulor i en sådan reaktor, säger Jean Ragusa och menar att man kan tänka sig reaktorn som en jättestor hink fylld med 40 000 tennisbollar.
Om en olycka skulle inträffa kyls reaktorn på passiv väg med hjälp av en process som kallas för naturlig konvektionskylning. Det innebär att det i samband med att gasen i reaktorhärden blir upphettad stiger upp kall luft underifrån. Dessutom omges bränslepartiklarna av pyrolytiskt kol och kiselkarbid, vilket gör att de kan stå emot temperaturer på upp till cirka 1 650 grader Celsius. Det är därför teoretiskt omöjligt för en olycka som den som inträffade i Fukushima att ske.
Vid normal drift kyls bränslet emellertid med hjälp av ett flöde med hög hastighet, som ger upphov till rörelser omkring och mellan bränsleelementen på ungefär samma sätt som en vindpust ändrar riktning på en tennisboll. Jean Ragusa och Mauricio Eduardo Tano Retamales ville därför svara på hur man kan ta hänsyn till friktionen mellan bränsleelementen och hur denna friktion påverkar kylningsprocessen.
- Vi löste ut ”tennisbollarnas” läge med hjälp av den diskreta elementmetoden, där vi tar hänsyn till den rörelse och den friktion mellan dem som orsakas av flödet, säger Mauricio Eduardo Tano Retamales.
Resultatet blev en modell för att studera flödet i en pebble bed-reaktor med mycket stor noggrannhet, vilket gör det möjligt att utveckla bättre reaktorer.
- De beräkningsmodeller vi skapar hjälper oss att mer exakt bedöma olika fysiska fenomen i reaktorn. Det betyder att reaktorerna kan arbeta med högre marginal och teoretiskt sett producera mer energi samtidigt som reaktorns säkerhet förbättras, säger Mauricio Eduardo Tano Retamales.