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ENSI Erfahrungs- und Forschungsbericht 2011

lischen Phänomene sind relevant für die Sicher-

heit der Anlage. Sie beeinflussen unter anderem

den Druck und die Temperatur im Containment

sowie die Verteilung und den Transport der Gase

(Luft, Dampf, Wasserstoff) und der Radioisotope

innerhalb der verschiedenen Abschnitte im Con-

tainment. Diese Faktoren sind entscheidend für die

Beurteilung der Integrität des Containments und

eine allfällige Freisetzung von radioaktiven Stoffen

(Quellterm).

Derzeit sind die mit der Wärme- und Massenbilanz

zusammenhängenden Prozesse in einem sich be-

wegenden Flüssigkeitsfilm auf einer Oberfläche in

den meisten Rechencodes für Leichtwasserreak-

toren nur unzureichend a/jointfilesconvert/360025/bgebildet. Dies betrifft

neben den Codes, die effektive Parameter und

Korrelationen verwenden, auch aktuelle Simulati-

onsprogramme für die Fluiddynamik (Computati-

onal Fluid Dynamics CFD) und deren Behandlung

der Filmdynamik.

Das Hauptziel dieses Projekts ist ein verbessertes

Verständnis der raum-zeitlichen Dynamik eines

Flüssigkeitsfilmes, das heisst der Kondensati-

on, Bewegung und Wiederverdampfung, an be-

heizten vertikalen Oberflächen. Mit den hochprä-

zisen Experimenten am PSI soll ein physikalisches

Modell entwickelt werden, um es in Rechenpro-

grammen für Sicherheitsanalysen von Leichtwas-

serreaktoren, zum Beispiel für die Berechnung der

Containment-Thermohydraulik, einsetzen zu kön-

nen.

Der fortgeschrittene ASTEC-Code soll dann in Zu-

sammenarbeit mit der französischen IRSN vom

Doktoranden als Referenz-Code zum Testen und

Validieren der neuen Modelle verwendet werden.

Die Projektzusammenarbeit trägt zur internationa-

len Vernetzung des PSI und des ENSI bei. Parallel

zum ASTEC-Code wird der GOTHIC-Code am PSI

verwendet werden.

Ausblick

Die herausfordernden Aufgabenstellungen des

ers ten Projektjahres wurden einschliesslich der ge-

planten Testmessungen erfüllt. Die Einarbeitung

des Doktoranden in das Modul des ASTEC Codes

für die Behandlung von Kondensationsphäno-

menen im Containment ist für das Jahr 2012 vor-

gesehen, mit Unterstützung durch die französische

IRSN. Im Jahr 2012 soll auch das voranschreitende

Design des experimentellen SCARAB-Moduls fer-

tiggestellt werden. Die Konstruktion dieses Moduls

einschliesslich der Montage der relevanten Instru-

mentierung soll ebenfalls noch im selben Jahr

stattfinden, direkt gefolgt von einer Reihe von

Experimenten zur Flüssigkeitsfilm- Dynamik in einer

Umgebung mit Kondensation und Wiederver-

dampfung. Die ersten Experimentreihen werden

zunächst mit Atmosphärendruck durchgeführt.

1.5.4 MELCOR – Methods for

Estimation of Leakages and

Consequences of Releases

Auftragnehmer: Paul Scherrer Institut PSI

ENSI-Projektbegleiter: Peter Zinniker

Bericht der Forscher in Anhang A

Einleitung

Das Rechenprogramm MELCOR dient der Simula-

tion von schweren Unfällen in Leichtwasserreak-

toren. Es bildet Unfallverläufe vom auslösenden

Ereignis bis zur Freisetzung radioaktiver Substan-

zen in die Umgebung ab. Das Programm wurde

von den Sandia National Laboratories (SNL) für die

amerikanische Aufsichtsbehörde USNRC entwi-

ckelt und wird laufend den aktuellen Erkenntnis-

sen der Unfallforschung angepasst. In der Schweiz

wird MELCOR vom ENSI und von einigen Betrei-

bern der Schweizer Kernkraftwerke benutzt.

Ein bedeutendes Phänomen bei schweren Unfällen

ist die Oxidation der Brennstoff-Hüllrohre bei Luft-

zufuhr, wenn die Brennstäbe bei ungenügender

Kühlung a/jointfilesconvert/360025/bgedeckt werden. Sauerstoffeinbruch

kann die Zerstörung des Kerns beschleunigen und

die Freisetzung von Spaltprodukten erhöhen. Die

Hüllrohre bestehen aus Zirkoniumlegierungen und

werden ständig weiterentwickelt. Mit MELCOR soll

der Aufheiz- und Oxidationsprozess realistisch be-

rechnet werden können, wobei die neusten Ent-

wicklungen berücksichtigt werden.

Die bestehenden Luft-Oxidationsmodelle bilden

die relevanten physikalischen Prozesse nicht voll-

ständig ab, und daher ist nicht unter allen Umstän-

den gewährleistet, dass die Ergebnisse konserva-

tiv sind. Typischerweise erfolgt die Oxidation un-

ter sauerstoffreichen Bedingungen anfänglich sehr

schnell (parabolische Kurve) und geht mit dem An-

wachsen der schützenden Oxidschicht nach eini-

gen Minuten in einen linearen Verlauf über. Durch

Reaktionen der Oxidschicht mit Stickstoff können

Teile der Oxidschicht jedoch abbrechen, womit sich

an diesen Stellen die Oxidationsreaktion wieder

beschleunigt und ein quasi-zyklischer Verlauf von

Wachstum und Abbrechen der Oxidschicht entste-

hen kann. Das PSI entwickelte auf der Grundlage

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