Experimental study and modeling of a pool scrubbing system for aerosol removal

Pool scrubbing is used as a source term mitigation system in Boiling Water Reactors (BWR), to prevent the release of radioactive particles. The purpose of the PASSAM project is to analyze already existing source term mitigation systems and to develop innovative technologies. The role of RSE in this project is to study pool scrubbing as a mechanism for aerosol removal. This thesis focuses on two main aspects: performing an experimental campaign, analyzing the results obtained and developing a simplified model. The first part has been carried out in a small scale pool scrubbing facility, with a single vertical orifice located at the bottom of the pool. Both image analysis and optical probe measurements have been used to study the flow structure and the characteristics of the bubbles, whereas pool scrubbing tests have been performed to quantify the aerosol removal efficiency of the pool. Three different liquid phases have been employed during these tests: demineralized water, seawater and a mixture of demineralized water and surfactant. In the second section a simplified model capable of describing both the hydrodynamics and the aerosol removal has been developed and validated using the results obtained during the first phase.

Il pool scrubbing è usato come dispositivo di sicurezza nei reattori ad acqua bollente per prevenire il rilascio di particolato radioattivo in caso di incidente severo. Il progetto europeo PASSAM ha come scopo l’analisi di sistemi di mitigazione esistenti e lo sviluppo di tecnologie innovative da impiegare in futuro. Uno dei ruoli di RSE nel progetto è quello di studiare il pool scrubbing come meccanismo di rimozione del particolato radioattivo. Questa tesi si concentra su due aspetti fondamentali: effettuare una campagna sperimenale analizzando i dati ottenuti e lo sviluppare un modello semplificato in grado di prevedere l’efficienza di rimozione. La prima parte del lavoro è stata svolta in un impianto sperimentale di piccola scala che riproduce una vasca utilizzata per il pool scrubbing, con un singolo ugello posizionato sul fondo della vasca. Sia l’analisi di immagini che le misure tramite sonda ottica sono state impiegate per studiare le caratteristiche delle bolle, inoltre sono stati effettuati test di abbattimento per determinare l’efficienza di decontaminazione dell’impianto. Nella campagna sperimentale sono state impiegate tre differenti fasi liquide: acqua demineralizzata, acqua di mare e una miscela di surfattante e acqua demineralizzata. Nella seconda parte del lavoro è stato sviluppato un modello semplificato in grado di prevedere sia l’idrodinamica che l’efficienza di rimozione dell’aerosol.