Kontrollierte Experimente steigern die Reaktorsicherheit
Leichtwasserreaktoren (LWRs) gelten als einfacher und weniger kostenintensiv als andere Kernreaktortypen und stellen daher heutzutage die weltweit meistgenutzten Kernreaktoren dar. Im Rahmen des EU-finanzierten Projekts ERCOSAM (Containment thermal-hydraulics of current and future LWRs for severe accident management) wurde die thermohydraulische Eindämmung aktueller und zukünftiger LWRs im Hinblick auf das Management schwerer Unfälle untersucht. An dem Projekt waren Teams aus ganz Europa und aus Kanada sowie den USA beteiligt. Im Zuge einer Zusammenarbeit mit dem ROSATOM-finanzierten Projekt SAMARA verfolgten die ERCOSAM-Projektpartner zwei Hauptziele. Einerseits sollte die Bewährtheit der Wasserstoffstratifikation (Helium wurde anstatt Wasserstoff verwendet) bei einem angenommen Unfall bewiesen werden. Andererseits sollte ermittelt werden, ob diese Stratifikation über den Betrieb von Managementsystemen für schwere Unfälle (Severe Accident Management, SAM) untergliedert werden kann, d. h. in Sprüher, Kühler und passive autokatalytische Rekombinatoren. Nach der Festlegung der durchzuführenden Tests ermittelte das Team die geeignetsten Anlagen für die Experimente in Frankreich, Russland und der Schweiz. Es wurden Unfälle in Erwägung gezogen, die Eindämmungsdruck, einen Wasserstoffstratifikationsaufbau, eine Wasserstoffstratifikationsauflösung , eine Gasvermischung, eine Rückverdampfung, eine Druckabnahme unter Wirkung von Sprühern sowie die Aktivierung von Kühl- oder Heizanlagen beinhalten. Die Phänomene wurden daraufhin in den ermittelten Anlagen untersucht, indem angenommene schwere Unfälle in einem Leichtwasserreaktor mit einem Kernzerfall und einer Freisetzung von Wasserstoff simuliert worden waren. Die Aktivierung des Kühlers und Sprühers führte jeweils zu einer Druckentlastung des Eindämmungsdrucks, wobei der Sprüher gegenüber einer begrenzten Wirkung des Kühlers eine schnellere und tiefgreifendere Wirkung bei Gasgemischen zeigte. Im Zuge einer weiteren Experimentenreihe zeigten Tests an den Heizanlagen, dass die aus der Wärmefreisetzung resultierende Konvektion zu einem Mischeffekt über der Vorlauftemperatur des Wärmers führte, wohingegen eine Vermischung unterhalb der Temperatur durch Diffusions- und Wärmeeffekte gesteuert wurde. Parallel hierzu war eine Modellierung der Wärmestrahlung dabei behilflich, die Genauigkeit in Verbindung mit der Abbildung weiterer Variablen zu optimieren und verbesserte Simulationen zu erreichen. Die aus zwei Schritten bestehende Vortest- und Nachtestanalyse führte zu wesentlichen Erkenntnissen hinsichtlich einer Modellierung von Sprühern, Kühlern sowie Heizelementphänomenen und ergab wertvolle Informationen für striktere Sicherheitsregeln. Das gemeinsame Projekt führte letztlich zu umfassenderen wichtigen Empfehlungen bezüglich der Eindämmung von Leichtwasserreaktoren sowie zu damit verbundenen Sicherheitsregeln, um die Auswirkungen bei schweren Unfällen im Zusammenhang mit Kernreaktoranlagen abzuschwächen.
Schlüsselbegriffe
Leichtwasserreaktor, LWR, ERCOSAM, Unfallmanagement, SAMARA, Stratifikation, Kühlmittel