IRIS-LIKE REACTOR CONFIGURATION AND MAIN PASSIVE SAFETY STRATEGY FOR A SUBMERGED SMR DEPLOYMENT

Концепция модульного реактора малой мощности (МРММ) интегральной компоновки, который эксплуатируется внутри капсулы/защитной оболочки под водой, т.е. в море или в искусственном озере, обладает очень интересными возможностями для повышения ядерной безопасности и заслуживает тщательного изучения. В последние годы эта тема исследуется в Миланском политехническом институте, начиная с концепции Flexblue, с последующим развитием анализа безопасности, направленного на определение базовой конфигурации МРММ и стратегии обеспечения его безопасности на основе пассивных систем. В докладе приведен анализ этих работ. На первом этапе мощность МРММ была определена с помощью кодов CFD путем исследования естественной конвекции морской воды вокруг нагретой капсулы с целью оценки мощности остаточного тепловыделения, которая может быть отведена пассивным способом через капсулу/защитную оболочку. Затем была определена предварительная конфигурация МРММ, исходя из первоначальной мощности IRIS – 1000 МВт (тепл.) и компоновки (общая высота 22 м) и их пересмотра; оборудование и системы первого контура были выбраны из соображений соответствия ограничениям подводной капсулы/защитной оболочки, т.е. по мощности остаточного тепловыделения и высоте капсулы 13 м. Принятая стратегия обеспечения безопасности является полностью пассивной и рассчитана на использование морской или озерной воды в качестве постоянного теплоприемника. В соответствии с уроками, извлеченными из фукусимской аварии, были рассмотрены два сценария референтных аварий – полное обесточивание (SBO) и длительное охлаждение после аварии с потерей теплоносителя (LOCA). Для этой цели применялся системный код Relap5. Результаты продемонстрировали успешные характеристики систем безопасности. Кроме того, были спроектированы две экспериментальных установки, предназначенные для валидации численных моделей. Заключительные замечания относятся к основным проблемам, с которыми придется столкнуться при развертывании подводных МРММ.

The concept of an integral Small Modular Reactor (SMR) operating inside a hullcontainment located in a submerged environment, i.e. the sea or an artificial lake, owns very interesting potentialities for the improvement of nuclear safety and it is worth investigating it accurately. In recent years, Politecnico di Milano has addressed the topic, moving from a study on the Flexblue concept, then developing safety analyses aimed at defining a basic SMR configuration and its main safety strategy, based on passive systems. This paper reviews those activities. As a first step, the power output of the SMR has been identified with a CFD study on the natural convection of the sea water around the heated hull, aimed at estimating the decay power that could be passively rejected through the hull-containment. Then, a preliminary SMR configuration has been defined, moving from the original IRIS size (1000 MWth) and layout (e.g. 22 m total height) and revisiting it, as well as the primary components and systems, in order to fit the submerged hull-containment constraints, e.g. the decay power and the hull height (13 m). The safety strategy adopted is fully passive and relies on the sea or lake waters as the permanent heat sink. According to Fukushima lessons learned, two reference accident scenarios have been studied, i.e. the Station Black-Out (SBO) and the longterm cooling after a Loss Of Coolant Accident (LOCA). The Relap5 system code has been adopted. The results show the successful performances of the safety systems. Moreover, two experimental facilities aimed at validating the numerical models have been designed. Final comments refer to the main challenges to be faced by the submerged SMR deployment.