Verlag des Forschungszentrums Jülich
JUEL-4050
Der Wassereinbruch in den Primärkreis des HTR durch ein Leck im Dampferzeuger ist ein
Störfall, bei dem die Stabilität des Reaktors in zweifacher Sicht gefährdet sein kann. Die
zusätzliche Neutronenmoderation an Wassermolekülen fuhrt zu Reaktivitätseffekten. Weiterhin
können die Brennelemente korrodieren, so daß sich Wassergas bilden kann.
Bei kleinen Leckagen im Dampferzeuger kann flüssiges Wasser in Form kleiner Wassertropfen
in den Primärkreis gelangen und mit der Strömung in den Kern transportiert werden. Die
Wassermenge im Kern hängt im wesentlichen ab von der Funktion des Reaktorschutzsystems, den
Strömungsbedingungen im Primärkreislauf und der Tropfengröße. Bezüglich der Funktion
des Reaktorschutzsytems werden in einem ersten Schritt hypothetische Störfallszenarien
definiert. In einem zweiten Schritt werden Berechnungen zur Tropfenbildung und zum
Förderverhalten der Gebläseeinheit unter möglichen Störfallbedingungen durchgefuhrt. Anschließend
werden analytische und numerische Berechnungsmodelle zum Tropfentransport und zur
Tropfenabscheidung erstellt. Die Berechnungsergebnisse werden anhand von Meßergebnissen fur
die Trägheitsabscheidung von Wassertropfen aus einer Luftströmung validiert. Weiterhin
werden Modelle zur Übertragbarkeit gemessener Abscheidegrade auf die Bedingungen im Störfall
dargestellt.
Die Wirksamkeit der Tropfenabscheidung im Primärkreis des HTR wird basierend auf den
Übertragbarkeitsmodellen experimentell in der Versuchseinrichtung SEAT bestimmt. Die
Versuchsanlage SEAT besteht aus einem Windkanal mit integrierter Messtechnik zur Bestimmung
von Tropfengrößen. Es wird gezeigt, daß es bezüglich der Störfalldauer und der anschließenden
Trocknung des Primärkreises sinnvoll ist, zusätzliche Tropfenabscheider als passive
Sicherheitselemente in den Primärkreis des HTR zu integrieren. Es werden verschiedene Abscheidertypen
einzein und in Reihenschaltung hinsichtlich der Abscheidewirksamkeit untersucht. Abschließend wird
ein passives Sicherheitselement bestehend aus einem Tropfenabscheider und einer
Schwimmerkonstruktion vorgeschlagen, mit dem die Dauer des Störfalls deutlich reduziert werden kann.
The water ingress in the primary cycle ofa HTR by a leakage ofthe steam generator is an
accident, involving the stability of the reactor in two points. The additional moderation of neutrons
by water molecules leads to reactivity effects. Further the fuel elements may be corroded
leading to a formation of water gas.
In case of a smallleakage in the steam generator liquid water is injected in the primary circuit in
form of small droplets, which can be transported by the gas flow into the core. The amount of
water within the core is mainly dependant on the reactor protection system, the flow conditions
in the primary circuit and the droplet size. Hypothetical accident scenarios will be defined in a
first step considering the behaviour of the reactor protection system. In the second step,
calculations to the formation of drops and the behaviour of the blower-unit under accident condition
are done. Thereafter analytical and numerical calculation models for the transport and the
separation of droplets will be developed. The calculation results will be validated with measurement
results for the inertial separation of water droplets from an air flow. Furthermore analytical
models to transfer the result to several conditions during the accident are described.
Based on the transfer models the efficiency of the droplet separation in the primary circuit of a
HTR is estimated in the experimental facility SEAT. The SEAT facility consists of a flow
channel with integrated measurement for determining droplet sizes. It will be shown, that the
installation of additional droplet separators in the primary circuit is useful with respect to the
duration of the accident and drying the primary circuit after the accident. In this context the
separation efficiency is tested with different types of separators in single or series arrangements.
Finally a self-acting safety element is suggested, which consists of a droplet separator and a
float arrangement for strongly reducing the duration of the accident.
Leber, Andre
Transport und Abscheidung von Tropfen im Primärkreis des Hochtemperaturreaktors bei Wassereinbruchstörfällen
III, 161 S., 2003
Im Sinne einer katastrophenfreien Kerntechnik muß die Stabilität einer Reaktoranlage auch bei
extrem hypothetischen Störfällen durch selbsttätige Mechanismen gewährleistet sein, so daß der
Schaden auf die Reaktoranlage begrenzt ist. In dieser Arbeit werden die selbsttätig wirkenden
Sicherheitseigenschaften des Hochtemperaturreaktors (HTR) gegenüber Wassereinbruchstörfällen aufgezeigt.
In order to a catastrophic free nuclear reactor, the stability of the nuclear reactor must be
guaranteed also in case of hypothetical accidents, that the consequences are limited to the power
plant by self-acting mechanisms. In this paper, the inherent safety properties of the High-
Temperature-Reactor (HTR) against water ingress accidents will be explained.
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