Autor: Michal Balatka,¹⁾ Jiří Maryška, Andrea Kobík Valihorová

Ústav mechatroniky a technické informatiky (MTI)
Fakulta mechatroniky, informatiky a mezioborových studií (FM)
Technická univerzita v Liberci (TUL)

EBscape je software pro simulaci úniku radionuklidů z ukládacího obalového souboru s vyhořelým jaderným palivem (VJP) přes bentonitový buffer a vrstvu horniny v hlubinném úložišti.

Simulace zahrnuje (pojmy viz obrázky):

• radioaktivní rozpad izotopů,
• porušení ukládacího obalového souboru (dále též „kontejner“),
• degradaci palivových tyčí,
• rozpouštění radionuklidů,
• difúzi a sorpci radionuklidů v bentonitu (buffer) a okolní hornině.

Výsledky simulace lze zobrazit v aplikaci OUTIMEPLOT.

Doménou úlohy jsou inženýrské bariéry pro ukládání VJP z jaderných elektráren a hornina v bezprostředním okolí, kde radionuklidy mohou migrovat pouhou difúzí (nikoliv advekcí).

Doména a dimenze modelu

• Kontejner (0D model)
• Bentonitový buffer (radiální 1D model)
• Hornina v bezprostředním okolí (radiální 1D model)

EBscape pracuje s dvoufázovým modelem degradace paliva:

1. Suchá fáze: v kontejneru není přítomna voda, probíhá pouze radioaktivní rozpad (soudrženého) VJP.
2. Mokrá fáze: kontejner je okamžitě zaplaven vodou, což spustí:
   1. Rozpuštění okamžitě uvolnitelné frakce (IRF).
   2. Degradaci soudržného VJP (palivových tyčí) na nesoudržné VJP („písek“).
   3. Rozpouštění degradovaného VJP.
   4. Migraci radionuklidů přes bentonitový buffer (difúze, lineární sorpce).

Pokud není radioaktivní rozpad explicitně vypnut, probíhá po celou dobu simulace.
Soudržné VJP se nerozpouští, jen degraduje. Rozpouští se NEsoudržné VJP.

EBscape neuvažuje postupný časový vývoj koroze kontejneru, protože se zaměřuje na dlouhodobý horizont vývoje.

Konkrétní úloha je konfigurována vstupním souborem ve formátu YAML, který obsahuje následující sekce:

• simulation_params – základní parametry simulace (časové kroky, počet iterací, zahrnuté procesy).
• output – specifikace výstupních dat (perioda výstupu, výběr veličin, formát CSV).
• container – parametry úložného kontejneru (rozměry, degradace paliva, přechod do mokré fáze).
• bentonite – vlastnosti bentonitového bufferu (šířka, hustota, difuzní koeficienty).
• granite_layer – definice horninové vrstvy, pokud je aktivní jako transportní medium.
• isotopes – seznam nuklidů, jejich poločasy rozpadu, difuzní a sorpční vlastnosti.

Příklad konfiguračního souboru

Výstupy jsou generovány ve formátu CSV. Obsahují časovou řadu koncentrací jednotlivých nuklidů v různých místech systému:

1. V kontejneru – množství paliva a jeho rozpuštěné složky.
2. V bentonitu – difúze a sorpce radionuklidů.
3. V hornině – kumulativní výtok radionuklidů z bentonitu.

Příklad výstupu.