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Master's Dissertation
DOI
https://doi.org/10.11606/D.3.2022.tde-17072023-141243
Document
Author
Full name
Cesar Augusto Gabe
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2022
Supervisor
Committee
Souza, Gilberto Francisco Martha de (President)
Júnior, João Batista Camargo
Melo, Paulo Fernando Ferreira Frutuoso e
Title in Portuguese
Metodologia para avaliação de risco de falta de energia em reatores nucleares marítimos.
Keywords in Portuguese
Análise de confiabilidade
Análise de risco
Engenharia de manutenção
Engenharia naval e oceânica
Engenharia nuclear
Abstract in Portuguese
A energia nuclear pode contribuir significativamente para o transporte marítimo. No entanto, as questões econômicas e regulatórias intimidam o desenvolvimento de navios comerciais de propulsão nuclear. Existem estudos que apresentam a viabilidade econômica de reatores modulares para aplicação marítima, mas nenhum navio comercial de propulsão nuclear será comissionado se um nível aceitável de segurança não for demonstrado aos órgãos reguladores. A abordagem baseada em risco é apropriada para o licenciamento de reatores modulares para aplicação marítima, fornecendo um método internacionalmente reconhecido para revisão dos relatórios de análise de segurança. A abordagem baseada em risco para acidentes de falta de energia permite explorar o estado da arte em modelos de melhor estimativa de confiabilidade dinâmica, bem como uma análise de consequência baseada em dose radiológica. Existem reatores modulares intrinsicamente seguros ou dotados de sistemas de segurança passivos, mas a sua aplicação no contexto marítimo ainda não é adequada. Além disso, a experiência e disponibilidade tecnológica dos reatores de água leve baseados em sistemas de segurança ativos podem reduzir significativamente o tempo de obtenção e licenciamento. Este trabalho propõe uma metodologia para avaliação de risco de falta de energia em uma planta nuclear marítima, aplicável à fase de projeto conceitual. A metodologia é baseada em análise probabilística de segurança e análise de exposição à dose radiológica em cenários acidentais. A metodologia é aplicada a um reator hipotético de água pressurizada. Os resultados são comparados com uma planta representativa de Geração II (Surry). A metodologia estima uma frequência de dano ao núcleo por falta de energia em longo prazo em 2,24 x 10-5 reator.ano para o reator hipotético. A NUREG-1150 estima a frequência de danos no núcleo por falta de energia em longo prazo para a planta Surry em 8,2 x 10-6 reator.ano. Em relação à exposição radiológica, a dose efetiva total de corpo inteiro a 3,2 Km (em 24 horas) é de 0,34 e 8,9 Sieverts para a planta hipotética e Surry, respectivamente, considerando falha de contenção e grande liberação prematura. A maior probabilidade de falta de energia em reatores modulares marítimos é equilibrada pela menor exposição à dose radiológica.
Title in English
Methodology for risk assessment of blackout on marine based nuclear reactors.
Keywords in English
Blackout
Hypothetical reactor
Nuclear powered commercial shipping
Risk-informed approach
Abstract in English
Nuclear power can contribute significantly to maritime transport. However, the economic and regulatory issues intimidate the deployment of nuclear powered commercial shipping. There are several discussions to present the economic feasibility of marine based small modular reactors (SMR), but no nuclear powered commercial ship will be deployed if the acceptable level of safety is not demonstrated to regulatory bodies. Risk-informed approach would be appropriate for licensing marine based small modular reactors, providing a country neutral method for reviewing safety plans. The risk-informed approach to blackout accidents permits exploring the state-of-art on dynamic reliability best estimate modeling as well as a dose based consequence analysis. There are SMRs empowered with passive and inherent safety features, but their application in the maritime context still not suitable. Moreover, the large feedback and technological readiness of Light Water Reactors (LWR) based on active safety systems can significantly reduce the duration of deployment and licensing. This work proposes a methodology to assess the risk of blackout on a marine based nuclear power plant in early design stage. The methodology is based on probabilistic safety analysis and dose exposure analysis in post-accident scenario. The methodology is applied to a hypothetical pressurized water reactor. The results are compared with a representative Generation II LWR (Surry). The methodology estimates a frequency of core damage frequency by long station blackout in 2.24 x 10-5 reactor.year for the hypothetical reactor. NUREG-1150 estimates the Surry long station blackout core damage frequency in 8.2 x 10-6 reactor.year. Regarding the environmental dose exposure, the total effective dose for the whole body at 3.2 Km (in 24 hours) is 0.34 and 8.9 Sieverts for hypothetical and Surry respectively, considering no containment failure and no early large releases. The higher likelihood of blackout on lower marine based SMR with lower redundancy level has been balanced by lower radiological dose exposition.
 
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Publishing Date
2023-07-19
 
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