Zapewnienie odpowiedniego stopnia bezpieczeństwa odgrywa kluczową role w trakcie projektowania, budowy, oraz eksploracji elektrowni atomowych. Awarie, które zdarzały się na przestrzeni ostatnich dekad wykazały, że w przypadku reaktorów jądrowych istotne są nawet najdrobniejsze szczegóły konstrukcji. Nie może być mowy o bagatelizowaniu jakiejkolwiek, nawet bardzo mało prawdopodobnej sytuacji, która może zaistnieć w trakcje użytkowania elektrowni. Już na etapie projektu należy przewidzieć jej skutki, lub prawdopodobne przyczyny powstania, by móc stworzyć skuteczne systemy bezpieczeństwa. Takie analizy można przeprowadzać na fizycznym modelu danego urządzenia. Otrzymuje się wtedy bardzo dokładne wyniki, które doskonale odzwierciedlają hipotetyczną reakcje układu na określoną sytuacje (np. awarię pompy), lub pokazują łańcuch zdarzeń prowadzący do jego ciężkiego uszkodzenia. Stworzenie modelu elektrowni jądrowej, lub jej części jest jednak bardzo kosztowne, tym bardziej jeśli w trakcie testów taki model jest wielokrotnie, świadomie uszkadzany.

Rozwiązaniem problemu wysokich kosztów wydaje się być, przynajmniej częściowa rezygnacja z modeli rzeczywistych na rzecz wirtualnych. Właśnie do tego celu stworzono specjalne metody obliczeniowe. Dzięki zastosowaniu nich można symulować z dużą dokładnością dowolne zjawiska zachodzące w reaktorze w czasie normalnej pracy, oraz w przypadku awarii. Jest możliwe określanie prawdopodobieństwa wystąpienia danej sytuacji, oraz skali ewentualnych jej skutków. W szybki, wygodny i względnie tani sposób można ustalić słabe i mocne strony danej konstrukcji, modyfikować ją i na bieżąco sprawdzać wpływ zmian na parametry pracy i stopień bezpieczeństwa.

Metody obliczeniowe dzielą się na dwie kategorie:

• DSA – metody deterministyczne. Tworzony jest wirtualny model reaktora, w którym wszystkie zjawiska (przepływy chłodziwa, transport neutronów itp,) są symulowane za pomocą odpowiednich metod numerycznych. Zakładamy, że dane zdarzenie (np. pęknięcie rury ) miało miejsce i obserwujemy jaki to ma wpływ na działanie układu, oraz oceniamy skuteczność systemów bezpieczeństwa.

• PSA – metody probabilistyczne. Służą do oceniania ryzyka związanego np. z ciężkim uszkodzeniem rdzenia reaktora. Początkowo zakłada się wystąpienie poważnej awarii , następnie bada się czynniki, które mogłyby ja spowodować, dalej zdarzenia skutkujące wystąpieniem tych czynników itd. Tworzone jest w ten sposób, „drzewo" z którego wyznacza się np. prawdopodobieństwo stopienia rdzenia. W podobny sposób można określić skutki takiej awarii i otrzymać łącznie ryzyko, które ponosi się przy użytkowaniu danego typu reaktora.

Obie te metody doskonale się uzupełniają, dając pełen obraz poziomu bezpieczeństwa budowanej, lub pracującej elektrowni jądrowej.

Wyżej wspomniane metody obliczeniowe odwołują się do tzw. marginesów bezpieczeństwa określonych dla danej elektrowni jądrowej. Poprzez DSA sprawdzane jest czy w danej sytuacji granice te nie są przekroczone, a PSA wyznacza prawdopodobieństwo takiego zdarzenia. Same marginesy to różnica aktualnej danego wartości parametru reaktora (np. ciśnienie chłodziwa w rdzeniu), oraz takiej której przekroczenie prowadzi do awarii. Najważniejsze marginesy bezpieczeństwa to:

• Parametry rdzenia (temperatura paliwa, jego entalpia, temperatura koszulek prętów paliwowych, ich utlenienie i odkształcenie, współczynnik uwzględniający krytyczny strumień ciepła prętów paliwowych)

• Parametry systemu chłodzenia rdzenia (ciśnienie, stopień zużycia materiałów)

• Warunki panujące wewnątrz obudowy bezpieczeństwa (ciśnienie, temperatura)

• radioaktywność uwalniana poza obudową bezpieczeństwa

Bibliografia:

1. Królewska Akademia Techniczna w Sztokholmie, wykłady z przedmiotu „Nuclear Power Safety."