Wissenschaftliche Berichte - FZKA 5928
Pre-oxidized PWR Test CORA-29: 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 1200°C to 2400°C.
In all tests with the exception of CORA-28 and CORA-29 the cladding was used in the as-received state. Test CORA-28 (BWR) and CORA-29 (PWR) were performed with pre-oxidized bundle components. The pre-oxidation should simulate oxide layers that have formed during normal operation in a reactor. The pre-oxidation was performed in the CORA test facility at 800°C (1073 K) for 2000 s with a steam flow rate of 6 g/s. The resulting oxide layer thickness of the cladding surfaces of test bundle CORA-29 varied between about 4 m at the lower end of the bundle and about 12 m maximum at the upper end. This was less than computed (25 m) on the basis of the existing rate equations.
With a pre-oxidation of this extent the physico-chemical behaviour of the test bundle CORA-29 was comparable with the other PWR related tests without any pre-oxidation. The same temperature and damage behaviour was found. No influence on the onset (temperature and time) of the temperature escalation and the maximum temperatures was registered. There was only a tendency for the melt to relocate to slightly lower elevations in the CORA-29 bundle (about 100 mm lower). The relocation behaviour is partially determined by wetting conditions of the solid surface. The wetting becomes less pronounced if the solid substrate is ceramic and the molten material is metallic in nature.
CORA-29 resulted in a higher amount of total hydrogen (225 g) compared with the other PWR-type experiments performed under comparable test conditions. The enhanced oxidation of the pre-oxidized bundle in comparison with an unoxidized one indicates the remarkable possibility of an induced growth of less protective scales during the test transient.
PWR Test CORA-29 mit voroxidiertem Bündel, Test Ergebnisse.
Die CORA-Out-of-pile Experimente wurden im Rahmen des internationalen "Severe Fuel Damage" Programms durchgeführt. Sie sollten Informationen über die Schadensmechanismen an Leichtwasser-Reaktor (LWR) Brennelementen bei Kühlmittelverlust-Störfällen im Temperaturbereich 1200 °C bis 2400 °C liefern.
Der Versuch CORA-29 wurde mit voroxidierten Bündelkomponenten durchgeführt. Die Voroxdidation sollte die Oxidschichten simulieren, die sich während des normalen Reaktorbetriebs ausbilden. Beim Versuch CORA-29 wurde die Voroxidation in der CORA-Anlage bei 800 °C (1073 K) bei einem Dampfstrom von 6 g/s durchgeführt. Die entstandene Oxidschicht hatte eine Stärke von 4 m am unteren Ende und maximal 12 m am oberen Ende des Bündels. Vorgesehen war eine Oxidschicht von 25 m.
Mit der erreichten Voroxidation war das Verhalten des Testbündels CORA-29 vergleichbar mit denjenigen der analog durchgeführten PWR-Versuchen ohne Voroxidation. Es wurde das gleiche Temperatur- und Schadensverhalten gefunden. Insbesondere hat sich kein Einfluß der Voroxidation auf das Einsetzen der Temperatureskalation und die maximal erreichte Temperatur ergeben.
Lediglich eine etwas stärkere Verlagerung der Schmelzen von ca. 100 mm konnte im Bündel CORA-29 festgestellt werden. Das Verlagerungsverhalten wird durch die Benetzungsbedingungen der Oberflächen bestimmt. Die Benetzung wird schwächer, wenn die Oberfläche von keramischer Natur ist und die herabfließende Schmelze metallischen Charakter hat.
CORA-29 ergab eine deutlich höhere integrale Wasserstofferzeugung (225 g) als bei den anderen unter vergleichbaren Bedingungen durchgeführten Experimenten. Das bemerkenswerte Ergebnis einer verstärkten Oxidation des voroxidierten Bündels im Vergleich zu einem nichtoxidierten ist ein Hinweis darauf, daß während der Testransiente das induzierte Wachstum von Schichten mit verminderter Schutzwirkung auftreten kann.