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ENSI Erfahrungs- und Forschungsbericht 2011

von Experimenten des Forschungszentrums Karls-

ruhe FZK (heute Karlsruher Institut für Technolo-

gie KIT) ein Modell, welches diesen Oxidationsver-

lauf des gängigen Hüllrohrmaterials Zircaloy-4 bes-

ser beschreibt. Mit diesem Projekt wird das Mo-

dell weiterentwickelt, nochmals anhand von Da-

ten aus Experimenten verifiziert und in MELCOR

implementiert. Das PSI ist im Rahmen der MEL-

COR-Weiterentwicklung auch an entsprechenden

Versuchsprogrammen am KIT und des OECD NEA

Sandia Fuel Projects der SNL (Projekt SFP) beteiligt.

Projektziele des Berichtsjahres

und wichtige Ergebnisse

Weiterentwicklung des Oxidationsmodells

Das Modell wurde im Berichtsjahr anhand von

Daten aus verschiedenen internationalen Experi-

menten weiter verifiziert und angepasst. Der neue

Programm-Code wurde erfolgreich für Analysen

von Testergebnissen benutzt. Die Russian Acade-

my of Science (RAS) hat das neue Modell des PSI in

MELCOR 1.8.6 implementiert. Ein Teilprozess die-

ser MELCOR-Implementierung wurde bereits vali-

diert, die vollständige Validierung anhand von wei-

teren experimentellen Daten wird fortgesetzt.

Beteiligung am Projekt SFP

Im Rahmen des Projekts SFP werden zwei Experi-

mente mit originalgetreuen Nachbildungen von

Brennelementen für Druckwasserreaktoren durch-

geführt. Diese dienen der Validierung von MEL-

COR und anderen Programmen zur Berechnung

von schweren Reaktorunfällen. Das erste Experi-

ment mit einem einzelnen Brennelement wurde im

März 2011 durchgeführt und simulierte den An-

stieg der Temperatur bei natürlicher Konvektion an

trockener Luft bis zum Brand durch die oxidations-

bedingte Zündung. Der beobachtete Temperatur-

und Oxidationsprozess zeigte gute Übereinstim-

mung mit den Werten, die mit dem MELCOR-Mo-

dell berechnet wurden.

Bedeutung des Projekts,

Beitrag zur nuklearen Sicherheit

Die Oxidation von Hüllrohren bei Luftzufuhr kann

bei Unfällen mit Kernbeschädigung je nach Szena-

rio Brennelemente im Reaktorbehälter, im Brenn-

stoff-Lagerbecken oder im Transportbehälter be-

treffen. Die Weiterentwicklung des MELCOR-Pro-

gramms und dessen Anpassung an neue Erkennt-

nisse aus der Unfallforschung zur Simulation sol-

cher Vorgänge verbessert die Risikoabschätzung

schwerer Unfälle im Rahmen von Probabilistischen

Sicherheitsanalysen (PSA) und dient der Optimie-

rung von Accident Management Massnahmen.

Die Richtlinie ENSI-A05 (PSA: Umfang und Quali-

tät) nennt MELCOR als einen der Rechencodes, die

dem aktuellen Stand von Wissenschaft und Tech-

nik entsprechen.

Das Projekt dient zudem der Erhaltung von Fach-

wissen in der Schweiz. Das PSI verfolgt und be-

einflusst die Entwicklung von MELCOR und von

anderen Rechenprogrammen für schwere Unfäl-

le und gibt sein Wissen den Schweizer Benutzern

weiter.

Ausblick

Mehrere Experimente zeigen beim Oxidationspro-

zess für verschiedene Hüllrohrmaterialien grössere

Unterschiede, insbesondere im unteren Tempera-

turbereich. Die Modellerweiterungen im Rahmen

dieses Projekts werden helfen, Unfallsituationen

mit Lufteinbruch in Brennelemente-Lagerbecken

besser zu simulieren. Das Oxidationsmodell soll bis

2012 in MELCOR integriert und validiert sein und

damit das Programm MELCOR als eine Grundlage

für die PSA weiter verbessern.

Aus verschiedenen Experimenten ist ein Einfluss

von Stickstoff auf den Oxidationsprozess erkenn-

bar. Das Abbrechen der Oxidschicht scheint emp-

findlich auf Zirkonium-Nitrid (ZrN) zu reagieren.

Die Bildung von ZrN erfolgt unter Ausschluss von

Sauerstoff und ist besonders ausgeprägt bei vor-

oxidierten Hüllrohren. Die Berücksichtigung dieses

Effekts könnte eine sinnvolle Erweiterung des Mo-

dells sein.

1.5.5 ARTIST II – Aerosol Trapping in

the Steam Generator

Auftragnehmer: Internationales Forschungskon-

sortium unter der Leitung des Paul Scherrer Insti-

tuts PSI

ENSI-Projektbegleiter: Thomas Schange

Bericht der Forscher in Anhang A

Einleitung

Im Projekt ARTIST-II (2008-2011) wurden die For-

schungsarbeiten des Vorgängerprojekts ARTIST-I

(2002-2007) fortgesetzt. Untersucht wurden be-

stimmte Unfallsequenzen bei Druckwasserreak-

toren, die verbunden sind mit Kernschmelzen und

einem Bypass des Containments (d.h. Freisetzung

von Stoffen unter Umgehung der Barrieren) beim

Bruch eines oder mehrerer Dampferzeuger-Heiz-

rohre und fehlerhafter Isolation des Dampferzeu-

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