Una nova publicació, en la qual hi han contribuït Raimon Pericas, membre del grup de recerca, MECAMAT. Ha publicat a la revista International Journal of Heat and Mass Transfer amb el títol “Simulation and validation of the thermalhydraulic behavior of the QUENCH-04 experiment using TLANESY and ASYST/SCDAPSIM 3.5 codes”.

Quin és l’objectiu científic principal abordat a l’article, i per què és rellevant?
L’objectiu principal d’aquest estudi és analitzar i comparar la capacitat predictiva de dues eines de càlcul d’accidents greus en reactors nuclears: RELAP/SCDAPSIM 3.4 i ASYST. Ambdues plataformes es basen en el mateix motor físic, però presenten diferències en l’entorn d’execució, la gestió de l’entrada i sortida de dades, i les funcionalitats d’usuari. Per tal d’avaluar la seva consistència i precisió, s’ha seleccionat com a cas d’estudi l’experiment internacional QUENCH-06, realitzat al Karlsruhe Institute of Technology (KIT), que simula el comportament d’un feix de combustible en condicions d’oxidació, reescalfament i refredament ràpid. L’objectiu específic és reproduir aquest escenari amb ambdós codis utilitzant models d’entrada equivalents, comparar els resultats numèrics (temperatura, generació d’hidrogen, degradació de feix, etc.) amb les dades experimentals, i identificar possibles diferències entre codis. A més, s’avalua el valor afegit que pot aportar un entorn gràfic com ASYST pel que fa a traçabilitat, eficiència i aplicació didàctica en l’àmbit de la simulació d’accidents greus.

Quina metodologia s’ha utilitzat? Per què?
La metodologia emprada en aquest estudi es fonamenta en una anàlisi comparativa sistemàtica entre dues plataformes de càlcul basades en el mateix nucli de codi (RELAP/SCDAPSIM), però amb entorns d’execució i interfícies diferenciades: ASYST (entorn gràfic avançat) i RELAP/SCDAPSIM 3.4 (entorn clàssic en línia de comandes). L’experiment seleccionat per a la comparació ha estat el QUENCH-06, una prova internacionalment reconeguda sobre comportament de feixos de combustible durant un accident greu amb oxidació, refredament i reescalfament.

En primer lloc, es va procedir a la creació i validació de dues versions equivalents del model d’entrada (input deck), mantenint la mateixa nodalització, condicions inicials i paràmetres de frontera. Això va assegurar que les diferències observades fossin atribuïbles exclusivament al motor de càlcul o als sistemes de control associats a cada plataforma.

Posteriorment, es van executar les simulacions completes de l’experiment, incloent les fases d’escalfament, oxidació i refredament, i es van extreure les variables clau: perfils de temperatura, generació d’hidrogen, punts de fusió del combustible, i resposta de les sondes. Es va dur a terme una comparació quantitativa i qualitativa dels resultats, tant entre codis com respecte les dades experimentals disponibles.

Finalment, es va analitzar l’impacte que pot tenir l’ús d’un entorn gràfic com ASYST en el control i seguiment dels càlculs, destacant els avantatges pel que fa a traçabilitat, ús docent i eficiència d’ús. Aquesta metodologia ha permès establir una base sòlida per a futures comparacions de codis de simulació d’accidents greus, tot avaluant tant el rendiment computacional com la fiabilitat dels resultats obtinguts.

Quins són els principals resultats de l’estudi?
A partir dels resultats obtinguts, els següents passos se centren en l’ampliació del conjunt d’escenaris simulats amb ASYST i RELAP/SCDAPSIM per incloure experiments com el QUENCH-16 o proves específiques relacionades amb Fukushima, com ara la progressió de dany en BWRs. Això permetrà validar la robustesa dels models en condicions més diverses i exigents.

Una línia futura clau és la integració de mòduls de codi millorats que incloguin fenòmens com la reactivitat local, la interacció combustible-estructura i el comportament de productes de fissió volàtils, aspectes poc desenvolupats en l’estudi actual. També es vol aprofundir en l’ús d’ASYST com a plataforma per a simulació educativa i entrenament d’operadors, explorant la seva aplicació en entorns immersius i interfícies amb IA.

Queden obertes preguntes importants, com ara l’impacte de la resolució temporal en la predicció d’inestabilitats, o la comparació directa amb altres codis de referència com MELCOR o MAAP. Aquestes qüestions podrien abordar-se en futurs treballs orientats a l’harmonització de codis dins l’àmbit de l’anàlisi de seguretat postaccident.

Quines podrien ser les aplicacions o implicacions potencials dels resultats de la recerca en termes pràctics?
Els resultats d’aquest estudi tenen implicacions directes en diversos àmbits vinculats a la seguretat nuclear i el desmantellament de reactors afectats per accidents greus. En primer lloc, la validació creuada entre ASYST i RELAP/SCDAPSIM 3.4 reforça la confiança en aquests codis com a eines fiables per a l’anàlisi de transitoris severs, especialment en el context de l’accident de Fukushima Daiichi.

A nivell pràctic, ASYST pot esdevenir una eina útil per a equips tècnics implicats en la planificació i gestió del desmantellament, permetent simular escenaris complexos amb una interfície gràfica intuïtiva i una traçabilitat millorada. Això pot afavorir la presa de decisions basada en evidències i millorar la comunicació entre equips multidisciplinaris.

Addicionalment, l’entorn ASYST té un gran potencial com a recurs docent en programes de formació d’enginyers nuclears, gràcies a la seva capacitat per visualitzar i entendre fenòmens físics complexos en temps real. Finalment, aquesta recerca obre la porta a futures millores en les estratègies de resposta a emergències i a l’aplicació de metodologies de millora contínua en codis de seguretat nuclear.

Quins són els passos següents que us plantegeu a partir dels resultats obtinguts? Quines són les futures direccions per a la recerca basada en els resultats d’aquest estudi, i queden preguntes sense resposta que es podrien abordar en estudis futurs?
A partir dels resultats obtinguts, els següents passos se centren en l’ampliació del conjunt d’escenaris simulats amb ASYST i RELAP/SCDAPSIM per incloure experiments com el QUENCH-16 o proves específiques relacionades amb Fukushima, com ara la progressió de dany en BWRs. Això permetrà validar la robustesa dels models en condicions més diverses i exigents. Una línia futura clau és la integració de mòduls de codi millorat que incloguin fenòmens com la reactivitat local, la interacció combustible-estructura i el comportament de productes de fissió volàtils. També es vol aprofundir en l’ús d’ASYST com a plataforma per a simulació educativa i entrenament d’operadors, explorant la seva aplicació en entorns immersius i interfícies amb IA. Queden obertes preguntes importants, com ara l’impacte de la resolució temporal en la predicció d’inestabilitats, o la comparació directa amb altres codis de referència com MELCOR o MAAP.