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ENSI Erfahrungs- und Forschungsbericht 2011

Neu vorgeschlagene Versuche und Messungen

werden von der Halden Programme Group beur-

teilt und durch Arbeiten in den Partnerländern des

Projekts sowie durch Brennstofflieferungen aus

Kernkraftwerken unterstützt. Die Steuerung durch

das Dreieck Board of Management, Programme

Group und Projektleitung ist konsens- und resultat-

orientiert. Ingesamt wird das HRP dem Ruf als Vor-

zeigeforschungsprojekt der NEA gerecht.

Mit dem Engagement des ENSI, des PSI und der

Kernkraftwerke beim HRP gewinnt die Schweiz

neue Erkenntnisse im Bereich Brennstoff- und Ma-

terialsicherheit und kann ihre eigene Kompetenz

auf diesem Gebiet verstärken. Konkret ist das PSI

bei folgenden Versuchen im Bereich Brennstoff-

und Materialverhalten beteiligt: Detailuntersu-

chungen des Inertmatrix-Brennstoffs (Halden-Ex-

periment IFA-651 IMF/MOX); Modellierung des

Stabverhaltens in den Experimenten durch STARS/

LRS (Halden-Experiment IFA-650 LOCA); Korrosi-

onstest von Druckwasserreaktor-Hüllrohren (Hal-

den-Experiment IFA-638).

Ausblick

Die Arbeiten des Projekts liegen grösstenteils gut

im Zeitplan. Mit dem Jahr 2012 geht das HRP in

eine weitere Dreijahresperiode, in der neu auch

das französische Commissariat à l'Energie Ato-

mique (CEA) und die italienische Agenzia nazio-

nale per le nuove tecnologie, l’energia e lo sviluppo

economico sostenibile (ENEA) teilnehmen. Nach-

dem das Programm für die neue Periode seit Ende

2010 unter Beteiligung aller Mitgliedsländer disku-

tiert worden war, ergaben sich mit dem Unfall von

Fukushima vom März 2011 zusätzliche mögliche

Aspekte wie zum Beispiel neuartige Hüllrohrmate-

rialien oder das Verhalten von Operateuren unter

extremen Bedingungen. Diese Themen werden im

Jahre 2012 noch zu diskutieren sein.

1.1.2 Untersuchungen an Halden-

Proben IFA-638

Auftragnehmer: Paul Scherrer Institut

ENSI-Projektbegleiter: Andreas Gorzel

Bericht der Forscher in Anhang A

Einleitung

Die Versuchsreihe IFA-638 am Forschungsreaktor

in Halden (siehe auch Kapitel 1.1.1) befasste sich

mit Korrosionsversuchen an Hüllrohrmaterialien

auf Zirkoniumbasis bei hohen Brennstoff-Abbrän-

den. Während des Einsatzes kommt es an der Aus-

senseite der Hüllrohre zur Bildung einer oxidierten

Grenzschicht. Im Rahmen dieses Projekts wurden

an einigen IFA-638-Hüllrohrproben die Mikrostruk-

turen der Grenzschicht und ihrer Umgebung mit-

tels Transmissions-Elektronenmikroskopie (TEM)

untersucht. So soll zum besseren Verständnis von

Oxidationsvorgängen unter den Bedingungen von

Druckwasserreaktoren (DWR) beigetragen werden.

Projektziele des Berichtsjahres

und wichtige Ergebnisse

Der Transport von sechs Proben und die Präpara-

tion von vier Proben für die TEM-Untersuchungen

wurden erfolgreich durchgeführt. Bei den Pro-

ben handelt es sich sowohl um in Leistungsreak-

toren vorbestrahltes als auch erst im Halden-Re-

aktor bestrahltes Material. 2011 wurden die vier

präparierten Proben dreier verschiedenen Legie-

rungstypen (M5 frisch/vorbestrahlt, E 635 frisch,

ZIRLO frisch) elektronenmikroskopisch untersucht.

Zwei Arten von Ausscheidungen wurden in der

Grenzschicht und in ihrer Umgebung festgestellt,

die vom Eisengehalt des Hüllrohrmaterials abhän-

gen. Dabei zeigte sich, dass in Legierungen mit ho-

her Oxidationsresistenz die eisenhaltige Ausschei-

dung nicht nachweisbar war. Alle Ausscheidungen

zeigten einen gewissen Grad der Auflösung bei

Bestrahlung. Dieser Effekt ist im Oxid stärker als

im Metall.

Bedeutung des Projekts,

Beitrag zur nuklearen Sicherheit

Die Oxidation des Hüllrohrs ist ein im Reaktorbe-

trieb relevanter Auslegungsparameter. Sie darf

bestimmte vorgeschriebene Grenzen nicht über-

schreiten und hat bei den in schweizerischen An-

lagen erreichten hohen Abbränden besondere Be-

deutung. Neu entwickelte Hüllrohrmaterialien, z. T.

auch die in diesem Projekt verwendeten, sind in ver-

schiedenen Vorläufer-Brennelementen in Schwei-

zer KKW im Einsatz. Der Abbrand von zwei der ver-

wendeten Proben liegt zudem im Bereich der gel-

tenden Grenzwerte für die schweizerischen Reak-

toren. Durch die Untersuchung der Oxidationsvor-

gänge können die bestehenden Modelle auf eine

breitere physikalische Grundlage gestellt werden.

Ausblick

Die zwei ausstehenden Proben (ZIRLO vorbestrahlt,

Alloy A frisch), die aufgrund ihrer hohen Dosisleis-

tung 2011 nicht untersucht werden konnten, sol-

len im Jahre 2012 elektronenmikroskopisch ana-

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