Wissenschaftliche Berichte - FZKA 6005

Abstract

In future Light Water Reactors special devices (core catchers) might be required to prevent containment failure by basement erosion after reactor pressure vessel meltthrough during a core meltdown accident. Quick freezing of the molten core masses is desirable to reduce release of radioactivity. Several concepts of core catcher devices have been proposed based on the spreading of corium melt onto flat surfaces with subsequent water cooling.

Therefore a series of experiments to investigate high temperature melt spreading on flat surfaces has been carried out using alumina-iron thermite melts as a simulant. The oxidic and metallic phases of the melt are separated and spread on different surfaces. The influence of a shallow water layer on the surface onto the spreading behaviour has also been studied previously.

In KATS-7 the spreading of an oxidic and metallic melt at high superheat temperatures into one-dimensional dry channels at low pouring rates has been investigated. The pouring rate of a corium melt from the reactor pit under the pressure vessel through a passively opened gate into the spreading area is a dominant factor for the spreading behaviour of the melt. KATS-7 was the first test within this KATS-series with a low pouring rate (about an order of magnitude below those of the preceeding tests).

The results show that in spite of much smaller spreading velocities (due to the low pouring rates), the spreading lengths for both melts are comparable to those of former experiments.

Simulationsexperimente zum Ausbreitungsverhalten von Kernschmelzen: KATS-7

Zusammenfassung

Für zukünftige Leichtwasserreaktor-Kraftwerke werden spezielle Einbauten (Kernfänger) erforderlich sein, um das Containment-Versagen infolge von Erosion des Fundamentes bei einem Kernschmelzunfall zu verhindern. Die geschmolzenen Kernmassen sollen möglichst schnell in einen festen Zustand übergeführt werden, um die Freisetzung von radioaktivem Material zu reduzieren. Einige der vorgeschlagenen Kernfängerkonzepte beruhen auf dem Prinzip, die geschmolzenen Kernmassen auf ebenen Flächen zu verteilen und anschließend mit Wasser zu kühlen.

Es wurde deshalb eine Serie von Experimenten durchgeführt, um das Ausbreiten von Schmelzen mit hoher Temperatur auf ebenen Flächen zu untersuchen. Dabei wurde als Simulationsmaterial eine Thermitschmelze aus Aluminiumoxid und Eisen verwendet. Die oxidischen und metallischen Komponenten werden getrennt und auf verschiedene Ausbreitungsflächen geleitet. Der Einfluß niedriger Wasserschichten auf den Flächen auf den Ausbreitungsprozeß wurde ebenfalls in früheren Experimenten untersucht.

In KATS-7 wurde die Ausbreitung einer oxidischen und metallischen Schmelze bei hoher Überhitzung und niedrigen Einströmraten in eindimensionale trockene Kanäle untersucht. Die Einströmrate einer Kernschmelze aus der Kaverne unter dem Druckbehälter durch ein sich passiv öffnendes Fenster in den Ausbreitungsraum des Kernfängers ist ein dominierender Faktor für das Ausbreiten der Schmelze. KATS-7 war der erste Test (innerhalb einer Serie von Experimenten), bei welchem im Vergleich zu früheren Tests die Einströmraten gering gehalten wurden. Sie lagen etwa eine Größenordnung unterhalb der früheren Werte.

Die Ergebnisse dieses Tests zeigen, daß trotz der deutlich niedrigeren Einströmraten die Ausbreitungslängen vergleichbar mit denen bei früheren Tests sind.