Accelerator-Driven Subcritical Reactor (ADSR): piping stress analysis per la beam line e progettazione meccanica

Abstract

La tesi ha l’obiettivo di effettuare la piping stress analysis e le verifiche meccaniche del prototipo di beam line dell’impianto MYHRRA. Questo reattore (ADSR), oltre a garantire un maggiore livello di sicurezza, permette di trasmutare le scorie ad alta radioattività in energia. La beam line è una tubazione nucleare che appartiene alla classe 1 in quanto è connessa direttamente al reattore. In questa tesi è stato anche verificato che il tubo non può collassare per il meccanismo di cedimento buckling pressure. Per poter effettuare la piping stress analysis è necessario valutare analiticamente e numericamente, con il software Ansys, la distribuzione di temperatura della beam line in prossimità del vessel. Il calcolo numerico fornisce un risultato più realistico rispetto al calcolo analitico. Inoltre sulla beam line vengono posizionati dei supporti al fine di mantenere verticale, sotto l’azione dei carichi, il tubo nel tratto terminale. L’analisi degli stress, realizzata con il software Caesar II, indica la necessità di scaricare in mezzeria il peso della beam line su un supporto costituito da una molla variabile. Questo supporto limita la sollecitazione di congruenza al nozzle. Infine su Ansys si crea il modello del supporto centrale (trunnion), per valutare le tensioni e le deformazioni che si generano in corrispondenza della saldatura.

The aim of the thesis is to carry out the piping stress analysis and the mechanical checks of the beam line prototype of the MYHRRA plant. This reactor (ADSR), in addition to ensuring a higher level of safety, allows the transmutation of high-radioactivity waste into energy. The beam line is a nuclear pipeline that belongs to class 1 because it is connected directly to the reactor. In this thesis it has been also verified that the tube cannot collapse due to buckling pressure failure mechanism. In order to carry out the piping stress analysis it is necessary to evaluate analytically and numerically, with the software Ansys, the temperature distribution of the beam line in proximity of the vessel. Numerical calculation gives a more realistic result than analytical calculation. In addition, supports are placed on the beam line in order to keep the tube in the terminal part vertical under the action of the loads. The stress analysis, carried out with the Caesar II software, indicates the need to unload the weight of the beam line on a support consisting of a variable spring. This support limits the secondary stress at the nozzle. Finally, on Ansys, the central support model (trunnions) is created to evaluate the stresses and deformations that are generated at the weld.