Project BLACKSTONE
Project BLACKSTONE: Levensduurverlenging voor EDF
28 juli 2020
Meer dan 40 jaar levensduurverlenging gerealiseerd sinds projectstart in 2006
Bestraling van grafiet met excellente temperatuurcontrole
Duizenden metingen aan radioactieve grafietmonsters uitgevoerd
NRG zorgde voor levensduurverlenging van Advanced Gas Cooled Reactors (AGRs) van EDF in Engeland.
Jim Reed
Chief Graphite Engineer, EDF
Koploper in klimaatvriendelijke energie
Jim werkt al 40 jaar voor EDF en is sinds 2018 Chief Graphite Engineer. Hij leidt alle technische projecten in de grafiet branch. EDF levert wereldwijd energie.
- Een van de grootste leveranciers van koolstofarme energie in de UK
- 20% van de energiebehoefte van het de UK wordt opgewekt door EDF
- 5 miljoen klanten in de UK
- Streeft naar CO₂-neutraliteit tegen 2050
Levensduurverlenging voor AGR-reactoren
NRG voert het BLACKSTONE-bestralingsprogramma uit voor EDF Energy om essentiële gegevens te verkrijgen voor gasgekoelde reactoren (AGR's) in het Verenigd Koninkrijk. De grafietbestralingen in de HFR bootsen de verouderingsmechanismen na die plaatsvinden in een AGR. Meetgegevens van de bestraalde grafietmonsters worden gebruikt in modellen die de veilige en economische werking van AGR-stations voor de komende jaren ondersteunen.
De expertise en kwaliteit van bestralingen en metingen door NRG wordt erkend door zowel EDF Energy als de Britse toezichthouder (ONR). Gegevens van eerdere fases uit het BLACKSTONE programma worden gebruikt in veiligheidsstudies op basis waarvan in totaal 40 jaren zijn toegevoegd aan de levensduur van de AGR-reactoren. In een volgende fase van het programma wordt nu het grafiet uit de Engelse Heysham 2 en Torness reactoren onderzocht.
Introductie AGR-reactoren
14 geavanceerde gasgekoelde reactoren (AGR's) op 7 locaties worden bedreven door EDF Energy in het Verenigd Koninkrijk. Elke reactorkern is gebouwd van grafietblokken die neutronen modereren om de nucleaire kettingreactie te in stand te houden. De reactorbrandstof en controlestaven zijn tussen de grafietblokken geplaatst CO₂-gas koelt de reactorkern. De grafietblokken verouderen door het gecombineerde effect van stralingsschade en oxidatie. Neutronenstraling veroorzaakt een krimp en zwelling van de grafietblokken. De sterkte van het grafiet wordt verminderd door oxidatie en als gevolg van spanningen ontstaat scheurvorming.
Om de levensduur van AGR-stations te verlengen en inspectieregimes te optimaliseren, is kennis vereist over de veroudering van het grafiet. Het grafiet in de reactorkern kan niet worden vervangen en is bepalend voor de levensduur.
BLACKSTONE-programma
In een uniek experimenteel programma worden kleine grafietmonsters in de HFR bestraald.
Deze monsters zijn gewonnen in AGR's in het Verenigd Koninkrijk. De monsters worden bestraald onder omstandigheden die vergelijkbaar zijn met die van een AGR, maar sneller. De veroudering van het grafiet wordt in de HFR ongeveer 5-10 keer versneld ten opzicht van de veroudering in een AGR. Als onderdeel van het BLACKSTONE-programma worden in elke fase de volgende activiteiten ondernomen:
De grafietmonsters worden gekarakteriseerd in Hot Cell Laboratories om de relevante eigenschappen te analyseren die veranderen bij bestraling:
We can now compare the data from the trepanned samples with what we expected, which results in more efficient analysis of reactor data - Jim Reed, Chief Graphite Engineer at EDF Energy
Representatieve data voor veiligheidsanalyses
De belangrijkste uitdaging van het BLACKSTONE-programma is het op tijd verschaffen van meetgegevens die geschikt zijn voor veiligheidsanalyses en levensduurverlenging.
De bestralingsomstandigheden worden zorgvuldig gecontroleerd om ervoor te zorgen dat de versnelde veroudering van grafiet in de HFR representatief is voor die in AGR's. Door een combinatie van nauwkeurig ontwerp, zorgvuldige fabricage van de componenten en monitoring tijdens bestraling wordt de eis om monsters op 420°C te bestralen wordt bereikt. De oxidatie van grafietmonsters wordt gecontroleerd door een mengsel van CO₂ door de bestralingscapsule te voeren en continu de in- en uitgaande samenstelling van het gas te meten.
De karakterisering van de monsters wordt in de Hot Cell Laboratories Laboratories uitgevoerd volgens de strengste kwaliteitseisen door deskundig personeel. Door statistische analyse van de gegevens en analyse van de grafietmonsters wordt aangetoond dat representatieve gegevens worden verkregen. De resultaten van duizenden metingen door NRG worden vervolgens gebruikt om te combineren met AGR-inspectiegegevens.
Grafiet kruip-bestraling
Grafietcomponenten in een reactor veranderen van afmetingen wanneer ze worden blootgesteld aan neutronenbestraling en spanningen. De spanningen die door bestraling in het materiaal worden opgewekt, kunnen worden verminderd door een mechanisme dat bekend staat als ‘kruip’. NRG heeft een speciale bestralingstest ontwikkeld om dit kruipmechanisme te bestuderen en gegevens te verstrekken die worden gebruikt in AGR-modellen.
De test bestaat uit grafietmonsters die worden onderworpen aan een hoge belasting met gas-gevulde balgen. Verschillende modules met monsters en balgen worden in een kernpositie in de HFR geplaatst en gedurende meerdere cycli bestraald. Door de veranderingen in afmetingen van belastte en onbelaste monsters te meten en vergelijken, wordt het effect van kruip bepaald.
Samenwerking EDF en NRG
Hoe ervaart EDF de samenwerking?
- De technische capaciteit van NRG om ‘het juiste experiment te doen’
- Zeer goede temperatuurbeheersing
- Nieuwe en unieke gaschemie om radiolytische oxidatie te bereiken
- Hoogwaardige pre- en postbestralingsmonstermetingen van belangrijke grafieteigenschappen
Resultaten
Wat zijn de voornaamste voordelen van Blackstone voor EDF?
Het BLACKSTONE-programma heeft gegevens gegenereerd om de gecombineerde levensduur van de AGR-vloot met meer dan 40 jaar te verlengen.
Fase 3 van het programma maakt gebruik van bestralingstechnologie die bij NRG is ontwikkeld om in de komende jaren gegevens te genereren voor de nieuwere reactoren AGR-reactoren Heyseham B en Torness.
Met de succesvolle acquisitie van de leidende MTR-gegevens, kunnen we nu de gegevens van de drievoudige monsters vergelijken met wat we verwachtten. Dit maakt een lean programma voor trepanning mogelijk en ondersteunt een veel efficiëntere analyse van de reactorgegevens. Dit helpt EDF en de regulator om vertrouwen op te bouwen dat de reactoren verouderen en degraderen zoals verwacht.
Meer informatie?
We vertellen je graag meer. Vertel ons je vraag en we nemen contact met je op.
Team Irradiations
