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ENSI Erfahrungs- und Forschungsbericht 2011

100 Wissenschafts-, Behörden- und Industrie-

organisationen aus 19 Staaten. Es steht un-

ter der Schirmherrschaft der Kernenergieagen-

tur NEA der OECD und feierte 2008 sein 50-jäh-

riges Bestehen. Das HRP hat zwei Stossrich-

tungen: Brennstoff- und Materialverhalten sowie

Mensch-Technik-Organisation. Experimentelle

Arbeiten werden primär im norwegischen Hal-

den durchgeführt, wo rund 250 wissenschaft-

liche Mitarbeitende am Projekt beteiligt sind und

ein Versuchsreaktor, eine Werkstatt zur Herstel-

lung instrumentierter Brennstoff-Versuchsanord-

nungen, ein Labor zur Interaktion von Mensch

und Maschine (Man-Machine Laboratory) sowie

ein Simulationszentrum (Virtual Reality Centre)

zur Verfügung stehen (Abbildung 1). Forschungs-

einrichtungen in den Mitgliedsländern (z.B. Paul

Scherrer Institut) oder die Nuklearindustrie (z.B.

Kernkraftwerk Leibstadt) beteiligen sich ebenfalls

an den Experimenten. Die schweizerischen Part-

nerorganisationen des HRP – ENSI, PSI, Kernkraft-

werksbetreiber – tauschen die Information zum

und ihre Bedürfnisse an das Programm im Rah-

men eines nationalen Komitees aus. Über ihre

Vertreter in den HRP-Gremien Halden Programme

Group (verantwortlich für die technisch-wissen-

schaftliche Steuerung des Programms) und Hal-

den Board of Management (verantwortlich für

die Aufsicht und Strategie des Programms) spei-

sen sie diese Bedürfnisse ins Projekt ein. Das ENSI

hat Einsitz im Board of Management, die schwei-

zerischen Kernkraftwerke und das PSI haben je

einen Vertreter in der Programme Group.

Die Arbeiten im hier beschriebenen Projektbereich

führen zu grundlegenden Erkenntnissen über die

Eigenschaften und das Verhalten von Leichtwas-

serreaktor-Brennstoffen und -Materialien, die lan-

ge Zeit im Reaktor im Einsatz sind. Dazu gehö-

ren auch Versuche, in denen Kernbrennstoffe

schnell wechselnde Druck- und Temperaturbedin-

gungen durchlaufen, wie sie in Reaktoren bei so-

genannten Transienten auftreten, beispielswei-

se infolge eines Kühlmittelverlust-Störfalls. Bei

den Kernbrennstoff-Experimenten werden Brenn-

stabsegmente in instrumentierte Versuchsanord-

nungen eingesetzt und im Halden-Reaktor weiter

bestrahlt. Die Brennstabsegmente können wäh-

rend der Bestrahlung auch Druck- und Tempera-

turänderungen ausgesetzt werden, und die Reak-

tion des Brennstoffs und Hüllrohrs auf diese Än-

derungen wird laufend sowie im Anschluss an den

Versuch mittels Nachbestrahlungs-Experimenten

analysiert.

Die Berichterstattung über die Arbeiten im Bereich

Mensch-Technik-Organisation findet sich im Kapi-

tel 1.4.1.

Projektziele des Berichtsjahres

und wichtige Ergebnisse

Der Halden-Reaktor war im Jahre 2011 wie ge-

plant 190 Tage im Volllast-Betrieb, dabei wurden

zwölf Experimente ausgeführt. Zumeist werden

dabei Kernbrennstoff-Anordnungen in sogenann-

ten Loop Systems bestrahlt, in denen die thermo-

hydraulischen Bedingungen von Leichtwasserre-

aktoren simuliert werden. Dank ausgeklügelter In-

strumentierung können zahlreiche Parameter wie

Temperaturverlauf oder Brennstab-Innendruck

und Brennstabverformung während des Versuchs-

ablaufs gemessen werden. Andere Daten werden

durch anschliessende Untersuchungen der einge-

setzten Materialien im Hotlabor in Kjeller gewon-

nen (sogenannte Post Irradiation Examination PIE).

Im Jahre 2011 wurden unter anderen folgende

Versuche durchgeführt:

Langfristige Versuche an mit Gadolinium dotiertem

Brennstoff haben gezeigt, dass es im Gegensatz

zu undotiertem Brennstoff zu keiner Nachver-

dichtung kommt. Die Schwellraten sind für beide

Brennstoffarten ähnlich. Gadolinium ist ein Neu-

tronenabsorber, der im Laufe des Einsatzes im Re-

aktor verbraucht wird.

Ein Experiment zum nicht-thermischen Kriechen

von Uranoxid- und Mischoxid-Brennstoff unter Be-

strahlung wurde a/jointfilesconvert/360025/bgeschlossen. Es zielte darauf

ab, Daten für die Modellierung des Brennstoff-

Verhaltens bei der mechanischen Interaktion zwi-

schen Brennstoff und Hüllrohr (Pellet Cladding Me-

chanical Interaction PCMI) zu erhalten. Dabei wur-

de mit Chrom dotierter Brennstoff und undotierter

Brennstoff verglichen. Nach dem Ende der Brenn-

stoff-Verdichtung wurden axiale Spannungen von

30, 45 und 60 MPa bei Temperaturen zwischen

400 und 800 °C angelegt. Die Kriechrate des mit

Chrom dotierten Brennstoffs erwies sich als ver-

gleichbar mit der des undotierten Brennstoffs, der

Temperatureinfluss war gering.

Seit mehreren Jahren läuft eine Versuchsserie zum

Verhalten von hoch a/jointfilesconvert/360025/bgebrannten Brennstäben

unter Bedingungen, wie sie bei einem Kühlmittel-

verlust-Störfall auftreten. Bei einem solchen Stör-

fall werden die Brennstäbe in relativ kurzer Zeit er-

höhten Druck- und Temperaturbedingungen aus-

gesetzt, und beim anschliessenden Wiederbefüllen

des Reaktordruckbehälters werden sie mit kühlem

Wasser a/jointfilesconvert/360025/bgeschreckt, was zu grossen Material-

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