Kärnkraftteknologi 10 hp, H1

Ämnen som ingår i kursen

Reaktorfysik omfattar reaktorfysikaliska principer: bindningsenergibegreppet, tvärsnitt, fissionsprocessen, neutroncykeln, neutronernas energifördelning och moderering, neutronflödestäthet, fissionsrat, multiplikationsfaktor och reaktivitet. Begrepp som kriticitet och prompt kriticitet behandlas samt effektfördelningen globalt i reaktorhärden och inom enskilda bränsleelement. Även inverkan av reaktorförgiftning (Xe-135 och Sm-149) behandlas. Som en del av reaktorfysiken ingår en laboration vid en forskningsreaktor där kursdeltagarna ges möjlighet att studera de teoretiska begreppen ur ett tillämpningsperspektiv. Kursen innefattar också datorövningar där olika förlopp i reaktorhärden studeras.

Reaktordynamik omfattar de förlopp som inträffar i en reaktor då reaktorn blir över- eller underkritisk. För sammanhanget centrala begrepp som prompta och fördröjda neutroner presenteras, liksom hur dessa kopplar till begrepp som prompta hopp och prompt kriticitet. De återkopplingar som förändrade härdegenskaper leder till, i form av t.ex. ändrad temperatur, tryck och moderationsförhållanden redovisas, och betydelsen av adekvat reaktordesign för att säkerställa stabiliteten i en reaktor diskuteras. De förlopp som kan förväntas vid en prompt kriticitet i en lättvattenreaktor illustreras, och i undervisningen redogörs även för det förlopp som inträffade i en grafitmodererad RBMK-reaktor vid Tjernobylolyckan. Kursmomentet innefattar också datorövningar där olika förlopp i reaktorhärden simuleras.

Termohydraulik med tvåfasströmning omfattar termodynamik, strömningsmekanik inklusive tvåfasströmning samt värmelära med inriktning främst mot värmetransport på kärnbränslenivå. Inom termodynamiken behandlas grundläggande termodynamiska begrepp såsom entalpi, entropi, ångbildningsvärme, ånghalt och void (volymer där ånga trängt undan vattnet) samt voidkorrelationer. Termodynamiken omfattar även kretsprocesser, särskilt Rankinecykeln med värmebalanser och verkningsgrader. Ångturbinen funktion presenteras och därvid behandlas inverkan av avfuktning och mellanöverhettning. Inom strömningsmekanik behandlas enfas- och tvåfasströmning, laminär och turbulent flöde samt tryckfall vid enfasoch tvåfaströmning. Tillämpningsexempel som självcirkulation, stillastående avkokning, kritisk utströming samt PS-principen presenteras.

Värmeläran omfattar mekanismer för värmeöverföring (ledning konvektion och strålning) och innefattar även kokningsregimer, kritiskt värmeflöde, dryout och DNB samt introduktion till dryout- och DNB- korrelationer med lokal- och koklängdshypotes. Kursmomentet innefattar beräkningar och datorövningar där olika termohydrauliska problemställningar analyseras genom beräkningar och simuleringar.

Strålningsfysik omfattar grundläggande atomfysik och kärnfysik med relevans för reaktortillämpningar. De olika typerna av joniserande strålning presenteras och utifrån ett strålskyddsperspektiv behandlas strålningens växelverkan med materia, dess spridning och dämpning. Radioaktiva sönderfallskedjor behandlas utifrån nuklidkartan. I strålningsfysiken ingår även kunskap om strålskyddande materials egenskaper samt principer för beräkning av enklare skärmningar.

Reaktorkemi och reaktormaterialteknik omfattar en orienterande beskrivning av vattenkemi i lättvattenreaktorer, med speciell jämförelse mellan BWR och PWR. Betydelsen av vattnets renhet är genomgående i kursmomentet, och diskuteras utifrån kravbilder, materialpåverkan och funktion av olika system för rening och tillsatser. Mekanismer för korrosion och aktivitetsuppbyggnad berörs, likaså begreppet radiolys (sönderdelning av vatten på grund av joniserande strålning). Till detta motiveras olika typer av modifierad kemi (exv. zinkdosering och vätgastillsats), för att förebygga initial korrosion, deponering av korrosionsprodukter, samt aktivitetsspridning i primärsystemet. I kursmomentet behandlas även hur reaktiviteten kontrolleras i en PWR. Reaktorkemin omfattar även korrosion. Där redogörs för de kemiska reaktionerna, både från galvaniska element och koncentrationselement. Olika sätt att bygga upp skyddande oxider diskuteras tillsammans med de olika oxidernas skyddande förmåga och hur korrosion tillväxer. Efter denna mycket grundläggande förståelse för korrsionsfenomenen diskuteras kopplingar till kärnkraftverk och andra, i vår vardag, förekommande korrosionsfenomen.

Kärnbränsleteknik och kärnbränslecykeln omfattar en allmän beskrivning av kärnbränsle och styrstavar, med en kortfattad redogörelse av förloppet från färskt till utbränt bränsle. Fokus ligger på bränsleelements och styrstavars uppbyggnad, dess egenskaper, samt funktion i reaktormiljö. Bränslekutsens egenskaper som värmeöverföring i kombination med bränslestavens interntryck, och hur dessa utvecklas under drift och bestrålning, diskuteras ingående. Möjliga skademekanismer berörs utifrån bränslekapslingens integritet, speciellt interaktionen mellan kuts och kapsling i samband med förändring av lokal effekttäthet i reaktorn.

Kärnkraftsäkerhet avser att ge en övergripande insyn i allt från lagstiftning och föreskrifter, fram till hur anläggningarna är designade på objektsnivå. Avsikten är att exemplifiera olika typer av designlösningar på samma säkerhetsfunktion och några mindre vanliga klassiska händelser som har påverkat säkerhetsarbetet. Detta ger en grundläggande beskrivning av anläggningen inför delmomentet med svåra haverier. Reaktorhaverier omfattar en exposé över svåra haverier och de erfarenheter som dragits av dessa. I kursmomentet behandlas definitioner och begrepp, kravbilder, haverifenomen och haverihantering. Analyser av klassiska händelser ingår.