Forschungsallianz zwischen der EU und den USA stärkt nukleare Sicherheit
Strömungsinduzierte Schwingungen („Flow-induced vibrations“, FIVs) spielen sowohl für die Sicherheit als auch für die Leistung von Kernkraftwerken eine entscheidende Rolle. FIVs treten im Reaktorkern auf, wo Brennstäbe vibrieren können sowie in den Dampferzeugern, wo Rohre radioaktives Wasser von sauberem Wasser trennen. Wenn sich diese Strukturen abnutzen, kann das radioaktive Lecks verursachen. Die Verhinderung solcher Fehler ist das Kernziel des EU-finanzierten Projekts GO-VIKING(öffnet in neuem Fenster). „Das Ziel besteht darin, das Verständnis und die Analyse von FIV zu verbessern“, erläutert Projektkoordinator Angel Papukchiev von der deutschen Gesellschaft für Strahlenschutz GRS(öffnet in neuem Fenster). „Unser Ziel ist es, die Vorhersagen zu verbessern, um Risiken zu minimieren.“
Gemeinsame Stärken zur Förderung von Innovation
GO-VIKING war von Beginn an als Gemeinschaftsprojekt konzipiert. Europäische Teams führten Experimente durch und entwickelten fortgeschrittene Codes zur Simulation des Schwingungsverhaltens. Die US-Partner brachten ergänzende Stärken mit: Zugang zu Hochleistungsrechnern am Oak Ridge National Laboratory(öffnet in neuem Fenster) und Fachwissen über die Wechselwirkung zwischen Flüssigkeiten und Strukturen. Die Bündelung der Spitzenforschung in der EU und den USA wird dazu beitragen, die Sicherheit auf beiden Seiten des Atlantiks zu erhöhen. Das Konsortium brachte Universitäten, Forschungsinstitute, Partner in der Industrie und technische Sicherheitsorganisationen zusammen. Diese Zusammensetzung stellte sicher, dass die Ergebnisse mit den betrieblichen Anforderungen und dem Rechtsrahmen in Einklang standen. Papukchiev unterstreicht, warum die Beteiligung der USA so wichtig war: „Unsere amerikanischen Partner haben Zugang zu einigen der leistungsstärksten Supercomputer der Welt. Diese führen realitätsnahe Simulationen durch, welche die europäischen Partner in diesem Maßstab nicht durchführen können, und liefern Erkenntnisse, die wir durch Experimente allein nicht gewinnen können.” Einige dieser Simulationen sind sehr anspruchsvoll und erfordern monatelange Rechenzeit für die Modellierung von gerade mal einer Sekunde Vibration. US-Supercomputer liefern hochdetaillierte Daten, die europäische Teams zur Validierung schneller laufender Modelle einsetzen. Gleichzeitig profitieren die amerikanischen Partner von den EU-Partnern, die ihre Methoden auf die praktische Anwendung durch die Versorgungsunternehmen zuschneiden und auf diese Weise dazu beitragen, dass die Ergebnisse sowohl streng als auch relevant sind.
Vom Experiment zur Simulation
Die Zusammenarbeit besteht seit den ersten Tagen des Projekts. So lieferten etwa Experimente an der Universität von Manchester wichtige Testfälle. Die US-Teams benötigten für die Erstellung ihrer Modelle umfangreiche Informationen aus diesen Experimenten, während die europäischen Partner die in den USA generierten numerischen Daten mit höchster Genauigkeit benötigten, um ihre eigenen, schneller laufenden Codes zu validieren. Diese iterative Schleife hat bereits Ergebnisse geliefert. GO-VIKING hat neue experimentelle Datensätze von noch nie dagewesener Detailgenauigkeit sowie schnell laufende mathematische Modelle hervorgebracht. Diese Modelle gehen zwar auf Kosten der Genauigkeit, liefern jedoch in einem Bruchteil der Zeit zuverlässige Ergebnisse, was sie für Interessengruppen wie Versorgungsunternehmen und Regulierungsbehörden nützlich macht. Im Rahmen des Projekts werden auch Leitlinien für bewährte Verfahren für die Analyse der verschiedenen Arten von FIV erarbeitet, die für die Industrie und die Öffentlichkeit veröffentlicht werden sollen. Darüber hinaus sind Schulungskurse geplant, um sicherzustellen, dass die Methoden die nächste Generation von Nuklearingenieuren erreichen.
Konkrete Ergebnisse und Instrumente
GO-VIKING hat eine Reihe von Schlüsselergebnissen geliefert, die zur Verbesserung der Sicherheit und der Effizienz von Kernreaktoren beitragen. Es hat neue hochauflösende experimentelle Datensätze hervorgebracht, die zur Validierung neuer, schnell laufender Simulationsinstrumente verwendet werden, die Betreibern und Regulierungsbehörden zuverlässige und effiziente Analysen liefern. Neben den technischen Fortschritten wurden im Rahmen des Projekts auch Instrumente zur Verbesserung der Anlagenverfügbarkeit sowie zur Unterstützung des langfristigen Reaktorbetriebs entwickelt. Es hat standardisierte Benchmarks für die Industrie geschaffen sowie Methoden zur Quantifizierung der Unsicherheit eingeführt, um die Zuverlässigkeit der Simulationsergebnisse zu gewährleisten. GO-VIKING hat außeerdem direkt mit den Interessengruppen zusammengearbeitet und Workshops abgehalten, um seine Forschung mit den Anforderungen der Industrie und der Behörden in Einklang zu bringen. Schließlich hat die Zusammenarbeit zwischen der EU und den USA den Grundstein für zukünftige Partnerschaften gelegt, sowohl im Rahmen europäischer Projekte als auch in internationalen Gremien wie der Kernenergie-Agentur der OECD. „Wir werden die US-Partner auf jeden Fall zu zukünftigen Projekten einladen“, so Papukchiev abschließend. „Sie bieten uns eine andere Perspektive, Zugang zu unterschiedlichen Quellen und Literatur, und es besteht ein klares gemeinsames Interesse daran, wieder zusammenzuarbeiten.“