Verification and validation of computer simulations with the purpose of licensing a pebble bed modular reactor

Bollen, Rob (2002-12)

Thesis (MBA)--Stellenbosch University, 2002.

Thesis

ENGLISH ABSTRACT: The Pebble Bed Modular Reactor is a new and inherently safe concept for a nuclear power generation plant. In order to obtain the necessary licenses to build and operate this reactor, numerous design and safety analyses need to be performed. The results of these analyses must be supported with substantial proof to provide the nuclear authorities with a sufficient level of confidence in these results to be able to supply the required licences. Beside the obvious need for a sufficient level of confidence in the safety analyses, the analyses concerned with investment protection also need to be reliable from the investors’ point of view. The process to be followed to provide confidence in these analyses is the verification and validation process. It is aimed at presenting reliable material against which to compare the results from the simulations. This material for comparison will consist of a combination of results from experimental data, extracts from actual plant data, analytical solutions and independently developed solutions for the simulation of the event to be analysed. Besides comparison with these alternative sources of information, confidence in the results will also be built by providing validated statements on the accuracy of the results and the boundary conditions with which the simulations need to comply. Numerous standards exist that address the verification and validation of computer software, for instance by organisations such as the American Society of Mechanical Engineers (ASME) and the Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE). The focal points of the verification and validation of the design and safety analyses performed on typical PBMR modes and states, and the requirements imposed by both the local and overseas nuclear regulators, are not entirely enveloped by these standards. For this reason, PBMR developed a systematic and disciplined approach for the preparation of the Verification and Validation Plan, aimed at capturing the essence of the analyses. This approach aims to make a definite division between software development and the development of technical analyses, while still using similar processes for the verification and validation. The reasoning behind this is that technical analyses are performed by engineers and scientists who should only be responsible for the verification and validation of the models and data they use, but not for the software they are dependent on. Software engineers should be concerned with the delivery of qualified software to be used in the technical analyses. The PBMR verification and validation process is applicable to both hand calculations and computer-aided analyses, addressing specific requirements in clearly defined stages of the software and Technical Analysis life cycle. The verification and validation effort of the Technical Analysis activity is divided into the verification and validation of models and data, the review of calculational tasks, and the verification and validation of software, with the applicable information to be validated, captured in registers or databases. The resulting processes are as simple as possible, concise and practical. Effective use of resources is ensured and internationally accepted standards have been incorporated, aiding in faith in the process by all stakeholders, including investors, nuclear regulators and the public.

AFRIKAASE OPSOMMING: Die Modulêre Korrelbedreaktor is ’n nuwe konsep vir ’n kernkragsentrale wat inherent veilig is. Dit word deur PBMR (Edms.) Bpk. ontwikkel. Om die nodige vergunnings om so ’n reaktor te kan bou en bedryf, te bekom, moet ’n aansienlike hoeveelheid ontwerp- en veiligheidsondersoeke gedoen word. Die resultate wat hierdie ondersoeke oplewer, moet deur onweerlegbare bewyse ondersteun word om vir die owerhede ’n voldoende vlak van vertroue in die resultate te gee, sodat hulle die nodigde vergunnings kan maak. Benewens die ooglopende noodsaak om ’n voldoende vlak van vertroue in die resultate van die veiligheidsondersoeke te hê, moet die ondersoeke wat met die beskerming van die beleggers se beleggings gepaard gaan, net so betroubaar wees. Die proses wat gevolg word om vertroue in die resultate van die ondersoeke op te bou, is die proses van verifikasie en validasie. Dié proses is daarop gerig om betroubare vergelykingsmateriaal vir simulasies voor te lê. Hierdie vergelykingsmateriaal vir die gebeurtenis wat ondersoek word, sal bestaan uit enige kombinasie van inligting wat in toetsopstellings bekom is, wat in bestaande installasies gemeet is, wat analities bereken is; asook dit wat deur ’n derde party onafhanklik van die oorspronklike ontwikkelaars bekom is. Vertroue in die resultate van die ondersoeke sal, behalwe deur vergelyking met hierdie alternatiewe bronne van inligting, ook opgebou word deur die resultate te voorsien van ’n gevalideerde verklaring wat die akkuraatheid van die resultate aantoon en wat die grensvoorwaardes waaraan die simulasies ook moet voldoen, opsom. Daar bestaan ’n aansienlike hoeveelheid internasionaal aanvaarde standaarde wat die verifikasie en validasie van rekenaarsagteware aanspreek. Die standaarde kom van instansies soos die Amerikaanse Vereniging vir Meganiese Ingenieurs (ASME) en die Instituut vir Elektriese en Elektroniese Ingenieurs (IEEE) – ook van Amerika. Die aandag wat deur die Suid-Afrikaanse en oorsese kernkragreguleerders vereis word vir die toestande wat spesifiek geld vir korrelbedreaktors, word egter nie geheel en al deur daardie standaarde aangespreek nie. Daarom het die PBMR maatskappy ’n stelselmatige benadering ontwikkel om verifikasie- en validasieplanne voor te berei wat die essensie van die ondersoeke kan ondervang. Hierdie benadering is daarop gemik om ’n duidelike onderskeid te maak tussen die ontwikkeling van sagteware en die ontwikkeling van tegniese ondersoeke, terwyl steeds gelyksoortige prosesse in die verifikasie en validasie gebruik sal word. Die rede hiervoor is dat tegniese ondersoeke uitgevoer word deur ingenieurs en wetenskaplikes wat net vir verifikasie en validasie van hulle eie modelle en die gegewens verantwoordelik gehou kan word, maar nie vir die verifikasie en validasie van die sagteware wat hulle gebruik nie. Ingenieurs wat spesialiseer in sagteware-ontwikkeling behoort verantwoordelik te wees vir die daarstelling van sagteware wat deur die reguleerders gekwalifiseer kan word, sodat dit in tegniese ondersoeke op veiligheidsgebied gebruik kan word. Die verifikasie- en validasieproses van die PBMR is sowel vir handberekeninge as vir rekenaarondersteunde-ondersoek geskik. Hierdie proses spreek spesifieke vereistes in onderskeie stadiums gedurende die lewenssiklusse van die ontwikkeling van sagteware en van tegniese ondersoeke aan. Die verifikasie- en validasiewerk vir tegniese ondersoeksaktiwiteite is verdeel in die verifikasie en validasie van modelle en gegewens, die nasien van berekeninge en die verifikasie en validasie van sagteware, waarby die betrokke inligting wat gevalideer moet word, versamel word in registers of databasisse. Die prosesse wat hieruit voortgevloei het, is so eenvoudig as moontlik, beknop en prakties gehou. Hierdeur is ’n effektiewe benutting van bronne verseker. Internasionaal aanvaarde standaarde is gebruik wat die vertroue in die proses deur alle betrokkenes, insluitende beleggers, die owerhede en die publiek, sal bevorder.

Please refer to this item in SUNScholar by using the following persistent URL: http://hdl.handle.net/10019.1/53216
This item appears in the following collections: