Simulation & analysis of the severe accident of the Unit 1 of Fukushima Daiichi NPP

Carlo Parisi, Emanuele Negrenti, Massimo Sepielli - ENEA, Technical Unit for Nuclear Fission Technologies and Facilities, and Nuclear Material Management - Alessandro Del Nevo - ENEA, Technical Unit for Brasimone Experimental Engineering

In the framework of the activities devoted to the development of the ENEA-Casaccia “NPP Engineering Simulator”, a RELAP/SCDAPSIM code simulation model of the Unit 1 of Fukushima Daiichi NPP was developed and applied for the analysis of the severe accident occurred on March 11, 2011 in Japan. The model accurately reproduces the BWR-3 primary system and the Mark I containment. BWR-3 NPP public available data of a similar unit were used for setting up the model and performing its steady state and transient validation. Main events’ reconstruction of the Fukushima scenario was based on the official Japanese data. The first 24 hours of the accident were simulated, beginning with the reactor scram as a consequence of the earthquake, and reproducing the behavior of the main engineered safety features. Results showed that the core uncovering and degradation began at +2 hours after the tsunami wave hit the plant. Core melting was predicted to occur in the subsequent 6 hours, with a fuel relocation at the bottom of reactor pressure vessel. RELAP/SCDAPSIM code models calculated the severe damage of the reactor boundary allowing to estimate the time of the consequent containment over-pressurization, that resulted well beyond the design limits. The calculated results are consistent with the ones performed by different Japanese Institutions and, together with the developed model, constitute valuable tools for ENEA in view of its future role as Technical Support Organization for the National Nuclear Safety Authority

Simulazione ed analisi dell’incidente severo dell’Unità 1 della centrale nucleare di Fukushima Daiichi

Nell’ambito delle attività dedicate allo sviluppo del Simulatore Ingegneristico di Impianti Nucleari nel Centro Ricerche ENEA “Casaccia”, è stato sviluppato un modello per il codice di calcolo RELAP5/SCDAPSIM dell’Unità 1 dell’impianto nucleare di Fukushima Daiichi (Giappone). Tale modello è in grado di simulare il comportamento termoidraulico del circuito primario (tipo BWR-3) ed del contenimento (tipo Mark I) ed è stato impiegato per eseguire un’analisi dell’incidente severo occorso a tale impianto l’11 marzo 2011. I principali eventi occorsi immediatamente dopo il terremoto sono stati ricostruiti ed implementati. Le prime 24 ore dell’incidente sono state simulate, analizzando il comportamento del combustibile nucleare, del contenimento e dei principali sistemi di sicurezza. I risultati mostrano come il danneggiamento del combustibile sia iniziato dopo circa 2 ore dall’inondazione causata dallo tsunami. La fusione del nocciolo è avvenuta nelle seguenti 6 ore, con una rilocazione della parte fusa nel fondo del recipiente in pressione. Il codice RELAP/SCDAPSIM ha consentito di calcolare il danneggiamento del recipiente in pressione stesso e la conseguente sovrappressione del contenimento causata dal rilascio di massa dal primario. I risultati dei calcoli si sono dimostrati in accordo con le analisi svolte da diverse istituzioni giapponesi. Il modello sviluppato e le analisi effettuate risultano quindi particolarmente rilevanti in vista del futuro ruolo dell’ENEA come Organizzazione di Supporto Tecnica (TSO) per l’Autorità per la Sicurezza Nucleare Italiana