Wissenschaftliche Berichte - FZKA 5572

Cold Lower End Test CORA-10: Test Results

Abstract

The CORA out-of-pile experiments are part of the international Severe Fuel Damage (SFD) program. They should provide information on the damage development of Light Water Reactor (LWR) fuel elements in the temperature range from 1200°C to 2400°C.

In test CORA-10 it was intended to simulate TMI-2 accident conditions with the lower end of the bundle in water. The aim of this experiment was to obtain information on the solidification of molten relocated material and the formation of blockages at the lower end of the core above the water level. Due to safety restrictions it was however not possible to perform the test as initially planned. Instead of increasing the water level to 250 mm elevation, the bundle insulation was removed up to 300 mm elevation, which should cause a strong axial temperature gradient. To simulate the evaporation from the water an additional steam flow rate of 2 g/s was added.

Due to the strong heat losses in the lower part of the bundle the temperature escalation was restricted to the upper part of the bundle, above 500 mm elevation. The escalation started in the range 750 mm to 950 mm and spread down to 550 mm elevation within about 200 s. The highest temperature of the bundle, 2100°C, was reached at 1050 mm elevation at the end of the transient. As a consequence, the damage was concentrated to the upper half of the bundle. The damage of the bundle started with the failure of the absorber rods at 1230°C. At the end of the test the absorber rods were completely destroyed above 250 mm elevation. The total hydrogen production was about 180 g.

The molten material which formed in the upper part of the bundle relocated and solidified in the lower part by forming a blockage between 310 mm and 430 mm bundle elevation. Test CORA-10 confirms that the blockage formation is determined mainly by the axial temperature gradient and the amount of molten and relocated material. No obstacles, like spacers, are necessary to stop the relocation of the melt.

DWR Versuch CORA-10 mit kühlem unteren Bündelende: Testergebnisse

Zusammenfassung

Die CORA-Out-of-pile-Experimente wurden im Rahmen des international geplanten "Severe-Fuel-Damage"-Programms durchgeführt. Sie sollten Informationen über die Schadensmechanismen bei Leichtwasser-Reaktor-(LWR)-Brennelementen im Temperaturbereich von 1200°C bis 2400°C liefern.

Im Versuch CORA-10 sollten die Bedingungen des TMI-2-Störfalls simuliert werden, bei dem sich zeitweilig nur das untere Bündelende im Wasser befand. Insbesondere sollte das Experiment Informationen liefern über das Erstarrungsverhalten von verlagerter Schmelze und die Ausbildung von möglichen Blockaden im unteren Bündelbereich oberhalb des Wasserspiegels. Aufgrund von Sicherheitsüberlegungen wurde der Versuch aber nicht, wie ursprünglich geplant, mit einem Wasserspiegel in 250 mm Bündelhöhe durchgeführt. Um den starken axialen Temperaturgradienten zu simulieren, wurde die Bündelisolation bis zu einer Höhe von 300 mm entfernt. Die Verdampfung des Flutwassers wurde durch einen zusätzlichen Dampfstrom von 2 g/s simuliert.

Aufgrund der starken Wärmeverluste im unteren Bereich des Bündels beschränkte sich die Temperatureskalation auf den oberen Bereich des Bündels, d.h. oberhalb 550 mm. Die Eskalation begann im Bereich von 750 mm bis 950 mm Bündelhöhe und breitete sich in ca. 200 s nach unten bis zu einer Höhe von 550 mm aus. Die höchste Temperatur im Bündel, 2100°C, wurde in der Bündelhöhe 1050 mm am Ende des Versuchs erreicht. Aufgrund der axialen Temperaturverteilung konzentrierte sich die Zerstörung des Bündels auf die obere Hälfte. Die Zerstörung des Bündels begann mit dem Versagen der Absorberstäbe bei 1230°C. Am Ende des Versuchs waren die Absorberstäbe oberhalb 250 mm vollkommen zerstört. Die beim Versuch erzeugte Wasserstoffmenge betrug ca. 180 g.

Die im oberen Bereich des Bündels entstandene Schmelze verlagerte sich und erstarrte unter Bildung einer Blockade zwischen 310 mm und 430 mm Bündelhöhe. Der Versuch CORA-10 bestätigt, daß die Blockadenbildung im Bündel im wesentlichen durch die axiale Temperaturverteilung und die Schmelzmenge bestimmt wird. Die untere Grenze der Blockade bildet sich unabhängig von Hindernissen, wie z.B. Abstandhaltern, aus.