Descrizione del progetto
Nuovi elementi combustibili per reattori nucleari ad acqua leggera: una modellizzazione multiscala e multifisica
I reattori ad acqua leggera usano l’acqua comune come refrigerante e moderatore di neutroni per ridurre la velocità di neutroni in rapido movimento. Oltre l’80 % delle centrali nucleari mondiali impiega questo tipo di reattore. Alla luce della loro integrazione in un mix energetico eterogeneo, risultano necessarie simulazioni approfondite degli elementi combustibili in cui avvengono le fissioni. Ciò, infatti, ne garantisce la sicurezza in queste nuove condizioni e permette lo sviluppo di combustibili inediti con una tolleranza superiore agli incidenti. Il progetto OperaHPC, finanziato dall’UE, svilupperà strumenti aperti avvalendosi del calcolo ad alte prestazioni. In questo modo, eseguirà una simulazione degli elementi combustibili ad alta fedeltà, multiscala, termo-meccanica 3D, tenendo conto della microstruttura dei materiali. Gli strumenti permetteranno lo sviluppo di cosiddetti gemelli digitali, ossia rappresentazioni virtuali che si comportano come le loro controparti reali, sostenendo così lo studio di elementi combustibili innovativi.
Obiettivo
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.
Campo scientifico
- 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
Parole chiave
Programma(i)
Argomento(i)
Meccanismo di finanziamento
EURATOM-RIA - EURATOM Research and Innovation ActionsCoordinatore
75015 PARIS 15
Francia
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Partecipanti (13)
28040 MADRID
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75008 Paris
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00196 Roma
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92400 Courbevoie
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LT-44403 Kaunas
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55100 Lucca
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L’organizzazione si è definita una PMI (piccola e media impresa) al momento della firma dell’accordo di sovvenzione.
20133 Milano
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44122 Ferrara
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L’organizzazione si è definita una PMI (piccola e media impresa) al momento della firma dell’accordo di sovvenzione.
250 68 Husinec Rez
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56126 Pisa
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02150 Espoo
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100 44 Stockholm
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1049 Bruxelles / Brussel
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Partner (4)
Le organizzazioni partner contribuiscono all’attuazione dell’azione, ma non sottoscrivono l’accordo di sovvenzione.
5232 Villigen Psi
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Le organizzazioni partner contribuiscono all’attuazione dell’azione, ma non sottoscrivono l’accordo di sovvenzione.
1015 Lausanne
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Le organizzazioni partner contribuiscono all’attuazione dell’azione, ma non sottoscrivono l’accordo di sovvenzione.
LL57 2DG Bangor
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WA3 6AE Warrington
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