De Atoom Alliantie doneert aan TU Delft voor de opleiding van jonge onderzoekers op het gebied van nieuwe vormen van kernenergie. Zo nam student Marc van den Berg met onze donatie deel aan de Frédéric Joliot / Otto Hahn (FJOH) zomerschool over nucleaire technieken en kernenergie. Hij schreef hierover het volgende verslag.

De zoektocht naar oplossingen voor het opwekken van elektriciteit met zo min mogelijk CO₂ uitstoot brengt innovatie voort op verschillende gebieden, waaronder kernenergie. Zo wordt er aan de Technische Universiteit Delft onderzoek gedaan naar kleine modulaire kernreactoren. Dat is ook het onderwerp van mijn promotieonderzoek.

U-Battery®

In dit specifieke geval gaat het om een gasgekoelde reactor, genaamd de U-Battery®, met een thermisch vermogen van 10-20 MW_th. In de afgelopen vijftig jaar is het vermogen van kernreactoren toegenomen van 200 MW_th tot 4.500 MW_th; zulke installaties vereisen echter grote investeringskosten en zijn sterk afhankelijk van de infrastructuur. Daarom worden er tegenwoordig ook kleine modulaire reactoren ontworpen, zoals de U-Battery®. Deze kan in serie gebouwd worden, om zo het productieproces te optimaliseren. De U-Battery® is inherent veilig en kan met één kernlading tussen de vijf en tien jaar elektriciteit opwekken. Daarnaast kan het grootste component van de reactor over de weg worden vervoerd. Voorbeelden van toepassingen zijn het opwekken van elektriciteit of warmte bij industriegebieden of eilanden.

In mijn promotieonderzoek zal ik eerst met de nieuwste technieken de neutronica en thermodynamica van de U-Battery® modelleren. Met de resultaten van deze simulaties kan vervolgens de haalbaarheid van het ontwerp en de veiligheid worden aangetoond. Dit geavanceerde model zal accuraat en natuurgetrouw zijn, maar ook veel computerkracht vergen om door te rekenen. Door middel van Model Orde Reductie (ROM) kan een surrogaat model worden gemaakt dat veel sneller (meerdere orden van grootte) is en ook voor andere toepassingen kan worden ingezet, zoals simulatoren.

FJOH Summer School

Met de bijdrage van Atoom Alliantie heb ik de Frédéric Joliot / Otto Hahn (FJOH) zomerschool over nucleaire technieken en kernenergie kunnen bijwonen. De FJOH zomerschool is een jaarlijks evenement dat 2 weken duurt en rond één bepaald thema de beste docenten wereldwijd cursussen laat geven aan circa 30 onderzoekers (zowel uit academische als industriële kringen). Dit jaar werd de zomerschool online georganiseerd in verband met COVID-19. Het thema van deze editie was geavanceerde modellering en simulatie. Het programma bestond uit een reeks colleges waarbij diverse aspecten van kernenergie werden belicht, zoals het ontwerpen van reactoren, het uitvoeren van veiligheidsstudies en onderzoek naar brandstof. Per onderwerp werden de nieuwste modelleringstechnieken geïntroduceerd, zodat er een goed overzicht werd verkregen. In groepen werd actief discussie gevoerd tussen deelnemers om na te denken over de voor- en nadelen van simuleren en de uitdagingen die nog ons voor ons liggen.

Voorbeelden van ontwikkelingen op het gebied modelleren en simuleren zijn de volgende. Ten eerste zijn er nu meer mogelijkheden tot het opzetten van multi-fysica modellen die natuurkundige processen aan elkaar koppelen; al leidt dit ook tot een exponentiële groei van de benodigde rekenkracht door de onderlinge afhankelijkheid. Ook het maken van multischaal modellen is nu mogelijk, waarin bijvoorbeeld zowel de schaal van belletjes in een koelmiddel als de koelmiddelstroming in de kerncentrale in één model kan worden opgenomen. Tenslotte zijn er steeds meer mogelijkheden tot het creëren van een digitale tweeling, een waarheidsgetrouwe numerieke kopie van een echte reactor.

Al met al was de zomerschool een uitstekende mogelijkheid om snel bij te leren over de laatste ontwikkelingen op het gebied van het modelleren en simuleren van kerncentrales. Daarmee was het een belangrijke toevoeging voor mijn promotietraject. Daarnaast was het goed om andere onderzoekers te leren kennen en met hen in discussie te gaan over de toekomst van het modelleren en simuleren van kerncentrales. Ik zou de Atoom Alliantie hartelijk willen danken voor hun bijdrage.