Nieuws

ROSA: een waardevolle tool voor de optimalisatie van reactorkernontwerp - 31 januari 2025

Heb je je ooit afgevraagd hoe de kern van een kernreactor wordt ontworpen?

Een reactorkern bestaat uit een aantal splijtstofelementen die uranium bevatten. Het aantal elementen verschilt per reactor. De reactor in Borssele heeft bijvoorbeeld 121 elementen, terwijl de onlangs gebouwde EPR-reactor bij de Finse Olkiluoto (een van de grootste reactoren ter wereld) er 241 heeft. Reactoren werken meestal in cycli van één of tweejaar. Na elke cyclus wordt een deel van de opgebrande (nl., verbruikte) splijtstofelementen met nieuwe elementen vervangen, zodat de nieuwe cyclus kan worden gestart.

De manier waarop de nieuwe en gebruikte splijtstofelementen in de kern worden geplaatst – het beladingspatroon - heeft een grote invloed op de prestaties en veiligheid van de reactor. Een optimaal beladingspatroon zorgt voor een langere cyclusduur (dus meer opgewekte energie) en verhoogt de veiligheidsmarges. Het kan dus veel baten opleveren!

ROSA
De optimalisatie van het beladingspatroon is een complex wiskundig probleem. Gezien het enorme aantal mogelijke patronen kan men een optimaal patroon niet alleen met kennis en ervaring vinden. Daar is numerieke software voor nodig. ROSA (Reloading Optimization via Simulated Annealing) is een voorbeeld van zo’n computerprogramma. ROSA wordt door NRG ontwikkeld en is momenteel in gebruik bij meer dan 30 lichtwaterreactoren ter wereld, waaronder de Borssele-reactor. Het programma gebruikt een gegeven beladingspatroon als uitgangspunt voor een nieuwe reactorcyclus. Door de posities van enkele splijtstofelementen te wisselen en/of de samenstelling van de verse elementen aan te passen, genereert ROSA automatisch nieuwe beladingspatronen. Deze worden gesimuleerd om de waarden van de optimalisatieparameters (zoals de eerder genoemde cyclusduur en veiligheidsmarges) te berekenen. Dankzij haar uitstekende rekensnelheid kan ROSA miljoenen beladingspatronen in maar één dag evalueren! Een optimaal patroon kan dus betrekkelijk snel worden gevonden.

Minder splijtstof en lagere kosten
Het grootste voordeel van ROSA is de minimalisatie van de hoeveelheid verse splijtstof (denk aan het aantal verse splijtstofelementen) om een bepaalde cyclusduur te halen. Dit kan miljoenen euro’s aan splijtstofkostenbesparing inhouden voor nutsbedrijfen die ROSA gebruiken. Als voorbeeld, ROSA toonde een potentiële kostenbesparing van € 500.000,- per reactorcyclus voor de Ringhals-4 reactor in Zweden. Deze reactor heeft een complex kernontwerp in verband met het gebruik van elementen zonder splijtstof aan de rand van de kern voor verouderingsbeheersing van het reactorvat. Maar hoe complexer de kern, hoe beter ROSA tot haar recht komt! Minder verse splijtstof betekent ook minder kernafval.

Wil je meer weten over ROSA? Neem dan contact op met Pieter Wakker (wakker@nrg.eu)