Sammanfattning
Bestrålning av reaktortankens material med snabba neutroner leder till förändringar i materialets egenskaper så att det försprödas. De förändrade materialegenskaperna utgör en av de viktigaste orsakerna till att reaktortankens livslängd är begränsad. Att kunna beräkna det totala neutronflödet som reaktortanken erhåller under kärnkraftverkets livstid är därmed viktigt för att kunna uppskatta materialets tillstånd, vilket i sin tur en nyckelfaktor för en lång driftsäkerhet.
Föreliggande dokument som är baserad på en litteraturstudie beskriver hur beräkningsmetoder för neutronfluenser utvecklats genom åren. Kapitel 2 ger en generell bakgrund kring surveillance program och neutronfluensberäkningar med avseende på reaktormaterialets beständighet. Kapitel 3 beskriver hur metodiken har utvecklats över tid. Kapitel 4 beskriver ett typiskt arbetsflöde vid moderna neutronfluensberäkningar. Kapitel 5 beskriver de viktigaste osäkerhetskällorna kopplade till beräkningarna och kapitel 6 behandlar noggrannheten man kan förvänta sig med nuvarande beräkningsmetoder.
Bakgrund
Alla svenska reaktorer har sedan starten utrustats med så kallande surveillance program. Surveillance program innebär att provstavar har placerats i tanken mellan härden och reaktortankväggen. Syftet med provstavarna är att mäta och förutsäga reaktortankmaterialets försprödning orsakad av neutronbestrålning. Provstavarna erhåller en något högre neutronbestrålning (fluens) jämfört med reaktortankväggen och således kommer provstavarna att försprödas snabbare jämfört med reaktortanken. En viktig del i analyserna förutom att mäta de mekaniska egenskaperna hos provstavarna är också att beräkna fluensen för reaktortanken och för de installerade provstavarna. Beräkningarna korreleras mot dosmonitorer som installerats i tanken tillsammans med provstavarna. Ibland används även externa dosimetrar som placeras på utsidan av tanken. Det har visat sig att resultaten av de fluensberäkningar som gjordes vid starten av verken inte överensstämmer med resultat från de metoder för fluensberäkningar som används idag. Det finns således ett behov av att sammanfatta utvecklingen av de metoder som används för fluensberäkningar vid utvärdering av surveillance prover. Rapporten ska översiktligt dokumentera de olika metoder som har används för att beräkna neutronfluenser genom åren sedan verken byggdes. En viktig del är också att peka på osäkerheter i beräkningarna samt att uppskatta noggrannheten i de analyser som utförs idag.
Syfte
Syftet med arbetet är att ge en översiktlig introduktion till området neutronfluensberäkningar av reaktortankar där viktiga parametrar lyfts fram som påverkar resultat och noggrannheten i analyserna.
Resultat
Rapporten beskriver utvecklingen av neutronfluensberäkningar från 1980-talets en-dimensionella (1D) punktvisa uppskattningar via två-dimensionella (2D) homogena modeller till dagens detaljerade tre-dimensionella (3D) modeller som beräknar neutronfältet i radiell, axiell och i omkrets led för reaktortanken. Idag används två metoder för neutronfluensberäkningar, deterministiska och stokastiska beräkningsmetoder. Detaljerade 3D modeller beräkningarna tar lång tid, ibland dagar. För att korta beräkningstiden utnyttjas både symmetrier i modellen och olika typer av numeriska metoder, dessa måste dock valideras innan de kan användas.
Beräkningsmodellen bör också valideras mot mätningar av neutronfluensen med dosmonitorer. Det är då viktigt att ta hänsyn till potentiella fel i mätprocessen och osäkerhet i positionering av dosmonitorn i reaktortanken. Rapporten pekar också på vikten att analyserna utnyttjar de senaste uppskattningarna av tvärsnittsdata då det pågår en ständig utveckling inom området.
Med dagens metoder bör det vara möjligt att utföra beräkningar med en noggrannhet som är bättre än 20%.
Rapporten listar osäkerhetskällor i olika delar av neutronfluensberäkningen samt ger förslag på åtgärder för att minimera deras inverkan på resultatet.