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ENSI Erfahrungs- und Forschungsbericht 2011

Bedeutung des Projekts,

Beitrag zur nuklearen Sicherheit

Das Hüllrohr bildet die primäre Barriere gegen die

Freisetzung von radioaktiven Spaltprodukten in

Kernkraftwerken. Dementsprechend trägt der Er-

halt der Hüllrohr-Integrität zur Gewährleistung

des Schutzziels «Einschluss radioaktiver Stoffe»

bei. Der Projektplan von SCIP-II ist auch vor dem

Hintergrund des in den letzten Jahren gesteiger-

ten Brennstoff-Abbrands in den Kernkraftwerken

zu sehen. Dabei wird stärker angereicherter Brenn-

stoff verwendet und dieser besser ausgenutzt, wo-

bei die Brennelemente länger im Reaktor verblei-

ben. Gleichzeitig wurden auch die Hüllrohr-Materi-

alien laufend verbessert. Das Projekt SCIP soll dazu

beitragen, mit der stärkeren Beanspruchung der

Hüllrohre zusammenhängende Sicherheitsfragen

zu klären, dies auch vor dem Hintergrund, dass es

auch in schweizerischen Anlagen vorübergehend

zu Hüllrohrschäden durch PCI gekommen ist.

Ausblick

Das Projekt verläuft bisher innerhalb des geplanten

Zeitrahmens. Im Jahr 2012 sollen weitere Rampen-

versuche sowie mechanische Tests und Experi-

mente durchgeführt werden. Änderungen in der

Testmatrix hängen von den Resultaten der wei-

teren Versuche ab.

1.1.4 OECD CABRI Waterloop Project

Auftragnehmer: OECD-NEA und IRSN

ENSI-Projektbegleiter: Andreas Gorzel

Einleitung

Im Rahmen der Auslegung von Kernkraftwerken

mit Druckwasser- oder Siedewasser-Reaktoren

(DWR bzw. SWR) werden auch postulierte Störfäl-

le untersucht, bei denen der Reaktor durch schnel-

le unkontrollierte Bewegung eines Steuerelements

bzw. Steuerstabs kurzzeitig überkritisch wird. Aus-

lösende Ereignisse für solche Reaktivitätsstörfälle

(Reactivity Initiated Accidents, RIA) sind der pos-

tulierte Bruch des Stutzens eines Steuerelement-

antriebs (DWR) bzw. das Entkuppeln eines Steuer-

stabs von seinem Antrieb (SWR). Der damit ver-

bundene Auswurf des Steuerelements bzw. das

Herabfallen des Steuerstabs führt zu einem

Leistungsanstieg in den benachbarten Brenn-

stäben. Durch Einhaltung spezieller Sicherheits-

kriterien wird das Ausmass möglicher Brennstab-

schäden derart begrenzt, dass der Reaktorkern

kühlbar bleibt. Die allgemeine Tendenz zur Stei-

gerung der Brennstoffabbrände und die Verwen-

dung weiterentwickelter Brennstoff- und Hüllrohr-

materialien macht eine Absicherung der Sicher-

heitskriterien notwendig.

Das CABRI International Project (CIP) wird von

der Nuclear Energy Agency (NEA) und dem fran-

zösischen Institut de Radioprotection et de Sûre-

té Nucléaire (IRSN) getragen. In diesem Projekt sol-

len am Forschungsreaktor CABRI in Cadarache,

Frankreich, Versuche zum Verhalten von Brenn-

stabsegmenten bei schnellen Reaktivitätsstörfäl-

len in Kernreaktoren durchgeführt werden. Zu die-

sem Zweck wurde die bisher mit Natrium gekühl-

te Testschleife des CABRI-Reaktors auf Wasserküh-

lung umgebaut (CABRI Water Loop, CWL), damit

die Versuchsanordnung den in Leichtwasserreak-

toren vorhandenen Betriebs- und Störfallbedin-

gungen besser entspricht. Bevor Versuche im Re-

aktor durchgeführt werden können, sind aber

noch Anpassungen und Überprüfungen der An-

lage sowie weitere Testvorbereitungen nötig. Das

CIP-Projekt stützt sich auch auf Einzeleffekt-Tests

im Rahmen des Versuchsprogramms PROMETRA

(Transient Mechanical Properties). Mit diesen wird

vom Commissariat à l’Energie Atomique (CEA) in

Saclay, Frankreich, das mechanische Verhalten be-

strahlter Hüllrohrproben bei den für RIA typischen

hohen Dehnungsraten untersucht.

Projektziele des Berichtsjahres

und wichtige Ergebnisse

Im Jahre 2011 wurden folgende Projektziele er-

reicht resp. aufgrund neuer Anforderungen modi-

fiziert:

❚ Zahlreiche Inbetriebnahmetests nach den seis-

mischen Nachrüstungen des Reaktorgebäudes

wurden erfolgreich durchgeführt. Die Tests sol-

len bis Mitte 2012 komplett a/jointfilesconvert/360025/bgeschlossen wer-

den.

❚ Das PROMETRA-Programm zum Verformungs-

verhalten von Hüllrohrsegmenten wurde fortge-

setzt. Versuche an M5-Hüllrohren unter ebener

Belastung (plane strain tests) bei 280 °C und

350 °C zeigten ein duktileres Verhalten als Zirlo-

und Zy-4-Hüllrohre.

❚ Ebenfalls im Rahmen von PROMETRA erfolgten

Zugversuche an SWR-Zy 2-Hüllrohren. Sie stam-

men aus dem Kernkraftwerk Leibstadt (SWR)

und waren sieben Zyklen im Einsatz. Ihr Tem-

peraturverhalten (20 °C bis 800 °C) bezüglich

Dehngrenze und Maximaldehnung ist den DWR-

Hüllrohren (Zy-4, Zirlo und M5) sehr ähnlich.

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