Projektbeschreibung
Neue Brennelemente für Leichtwasserkernreaktoren: Mehrskalige, multiphysikalische Modellierung
Leichtwasserreaktoren verwenden normales Wasser nicht nur als Kühlmittel, sondern auch als Reaktormoderator, der die sich schnell bewegenden Neutronen entschleunigt. Mehr als 80 % der Kernkraftwerke der Welt nutzen diese Reaktoren, die in einen vielfältigeren Energiemix integriert werden. Daher sind erweiterte Simulationen der Brennelemente, in denen die Spaltungen stattfinden, erforderlich, um die Sicherheit der Reaktoren unter diesen neuen Bedingungen zu gewährleisten und neue Brennstoffkonzepte mit erhöhter Unfalltoleranz zu entwickeln. Im Rahmen des EU-finanzierten Projekts OperaHPC werden offene Instrumente erarbeitet, die mit Hilfe von Hochleistungsrechnern eine detailgetreue, mehrskalige, thermomechanische 3D-Simulation der Brennstoffelemente unter Berücksichtigung der Mikrostruktur des Materials ermöglichen. Die Werkzeuge werden die Konzipierung sogenannter digitaler Zwillinge unterstützen, also virtueller Darstellungen, die sich wie ihre realen Gegenstücke verhalten und die Untersuchung neuartiger Brennstoffelemente erleichtern.
Ziel
Increasing further the safety of light water nuclear reactors in the new operating conditions induced by their integration in a more varied energy mix brings many new challenges for fuel development. This calls for effective and validated tools enabling one to capture the complexity of the behaviour of fuel elements under various operation conditions from nominal to design basis accident ones.. The objective of the OperaHPC proposal is to develop open tools using High Performance Computing (HPC) enabling a full 3D high-fidelity thermo-mechanical simulation of the fuel element including the material microstructure. This will contribute to the design of so-called fuel element digital twins. This development includes an ambitious basic research program devoted to the investigation of non-linear mechanical behaviour of irradiated fuel using multiscale experiments and simulations from the atomic scale up to the material law. This will yield the detailed description of the in-pile behaviour of the fuel element and the materials data necessary for the simulation. The tools developed will be assessed against state-of-the-art 1D/3D fuel performance codes for verification, definition of boundary conditions and coupling with neutronic, thermochemical and thermohydraulic codes. Validation and uncertainty analyses will also be performed through the comparison of the results of the 3D simulations with the experimental data available from irradiation programs. The knowledge from these advanced simulations will be transferred to industrial fuel performance codes thanks to the application of new methods based on reduced order and meta models, including Artificial Intelligence. The HPC tools will finally be applied to the detailed evaluation of innovative fuel element concepts, including (enhanced) accident tolerant fuels, under transient conditions in several light water reactor designs.
Wissenschaftliches Gebiet
- natural sciencescomputer and information sciencesartificial intelligence
- engineering and technologyenvironmental engineeringenergy and fuelsnuclear energy
- engineering and technologyelectrical engineering, electronic engineering, information engineeringelectronic engineeringcomputer hardwaresupercomputers
- natural sciencescomputer and information sciencescomputational sciencemultiphysics
- natural sciencescomputer and information sciencessoftwaresoftware applicationssimulation software
Schlüsselbegriffe
Programm/Programme
Thema/Themen
Aufforderung zur Vorschlagseinreichung
Andere Projekte für diesen Aufruf anzeigenFinanzierungsplan
EURATOM-RIA - EURATOM Research and Innovation ActionsKoordinator
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Beteiligte (13)
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Die Organisation definierte sich zum Zeitpunkt der Unterzeichnung der Finanzhilfevereinbarung selbst als KMU (Kleine und mittlere Unternehmen).
20133 Milano
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44122 Ferrara
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Partner (4)
Partnerorganisationen tragen zur Umsetzung der Aktion bei, unterzeichnen jedoch nicht die Finanzhilfevereinbarung.
5232 Villigen Psi
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1015 Lausanne
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LL57 2DG Bangor
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WA3 6AE Warrington
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