Verlag des Forschungszentrums Jülich
JUEL-4003
BezÜglich der sicherheitsrelevanten Frage des Lufteinbruchs in den Primärkreislauf,
bei dem Luftsauerstoff mit den heißen Graphitstrukturen des Kerns und der
Brennelemente reagieren kann, bestehen jedoch noch offene Fragen zum exakten
Reaktionsverlauf, zu den Mechanismen des chemischen Angriffs und den
radiologischen Auswirkungen.
Die vorliegende Arbeit liefert nähere Informationen über den Verlust des inhibierend
wirkenden Kühlmittels Helium, über das Einsetzen einer Durchströmung aufgrund
von Naturkonvektion und über den zu erwartenden Massenstromverlauf. Der Einfluß
des Heliums auf die Strömungsausbildung und die Höhe des Massenstroms unter
diesen Bedingungen wird ebenfalls dargestellt. Experimente mit graphitischen
Einbauten werden durchgeführt, die erste Aussagen über das Verhalten der
Kombination Bodenreflektor und Kugelschüttung in Bezug auf Graphitkorrosion und
deren Mechanismen erlauben. Eine Übersicht über inhärent wirkende
Präventionsmaßnahmen und Maßnahmen im Rahmen des "Accident Managements"
stellt den Stand der Technik dar. In einer Wertung zeigt sich die Ausführung des
Reaktordruckbehälters durch einen "vorgespannten Druckbehälter" als effektivste
Maßnahme, den Lufteinbruch zu verhindern, bzw. auf ein unrelevantes Maß zu
verringern. Abschließend werden die Hauptgesichtspunkte zum Ausbau des
Prüfstands für weiterführende experimentelle Arbeiten genannt.
Die dargestellten Ergebnisse wurden experimentell in der Versuchsanlage NACOK
des Instituts für Sicherheitsforschung und Reaktortechnik ermittelt. Die erstellte
umfangreiche Datenbasis diente zur Validierung des Thermohydraulik -
Simulationsprogramms DIREKT , mit dessen Hilfe nachfolgend die Ergebnisse auf
den realen Referenzreaktor übertragen wurden.
However, during operation a break in the primary circuit of the HTR is principally
possible. This accident is called an air ingress accident into the hot graphite reactor
core. The leakage causes a pressure drop in the helium filled system, a lost of inert
helium and after some time an air mass flow may be able to stream through the core
according to free natural convection. If the ingress of air is not stopped this accident
finally ends with a dangerous damage of the graphite fuel elements and reflector
structures according to graphite corrosion with oxygen. The destroyed fuel elements
will release fission products.
With the large-scale NACOC experiment a testing device is currently in operation at
the Institute of Safety Research and Reactor Technology in the Research Centre
Jülich. This set-up allows to investigate the sequence of events and consequences of
air ingress accidents.
This report treats following points which finally lead to a better understanding of the
air ingress accident. First: the effect of helium at rest in the upper part of the pressure
vessel after pressure drop is demonstrated. Second: the onset of air flow transfer
according to free natural convection is shown and the conditions of natural
convection flow in a vertical tube system is described. Third: the amount of air mass
flow is fixed by an experimental program. Forth: the effect on the mass flow
according to different amounts of helium is investigated. Fifth: the DIREKT code was
validated by using the experimental results. Sixth: DIREKT calculations deliver
results for the HTR -Modul reactor. Seventh: experiments with graphite pebbles and
bottom reflectors were done to get an idea about the mechanism acting in the upper
part of the bottom reflector and in the lowest pebble layers. Finally possible concepts
are described for counteracting the damage and safeguarding the chemical and
mechanical stability of the reactor.
Kuhlmann, Mario Bernhard
Experimente zu Gastransport und Graphitkorrosion bei Lufteinbruchstörfällen im Hochtemperaturreaktor
148 S., 2003
Eine "katastrophenfreie Kerntechnik", bei der selbst schwerste Unfälle auf das
Anlageninnere beschränkt bleiben und somit keine signifikanten Auswirkungen auf
die Umgebung des Kraftwerks haben, ist mit Hochtemperatur- Reaktoren
realisierbar. Vorangegangene Untersuchungen belegen, daß der Hochtemperatur -
Reaktor z.B. der Baureihe "Modul" bezüglich grundlegender Sicherheitsaspekte über
inhärente Sicherheitsmechanismen verfügt. Als Beispiel sei die Nachwärmeabfuhr
ohne aktive Kühlsysteme genannt.
The future world economy will require a substantial contribution of energy delivered
by nuclear power plants to reduce the CO2-output. But a new quality of safety, a so
called catastrophe-free nuclear technology is necessary for making world-wide
increase of nuclear energy possible. Producing energy in a catastrophe-free way
means, that the consequences of largest accidents have no major impact on the
environment of the power plant. Even in case of extreme accidents there must be no
realise of unallowable amounts of radioactive fission products. A high-temperature
reactor is able to reach thisJ objective by construction. For example the power plant
can be designed to remove decay heat without using any active system.
Neuerscheinungen
Schriften des Forschungszentrums Jülich
Ihre Ansprechperson
Heike Lexis
+49 2461 61-5367
zb-publikation@fz-juelich.de