Abstract
The COMET concept of corium cooling is developed to arrest and cool ex-vessel corium melts in the case of core melt accidents. After erosion of a sacrificial concrete layer the melt is passively flooded by bottom injection of coolant water through a multitude of flow channels. The resulting evaporation process creates a porous structure of the melt from which the heat is easily extracted. Therefore, the porous melt solidifies within less than one hour typical and is permanently flooded by water.
The report describes various experiments which investigate the major processes during fragmentation and cooling of the melt. Very detailed experiments were performed with high-temperature thermite melts, in the form of transient tests or with decay heat simulation. These experiments were supplemented and confirmed by two experiments using UO2-containing prototype corium melts. The dominant phenomena during cooling are described and it is shown that safe short-term and long-term cooling is achieved when a reasonable pressure of the flooding water exists. An advantage of the concept is the fast solidification of the melt which excludes chemical or thermal loads of the containment structure. The different aspects which are important for the application of the COMET cooling concept in the EPR are discussed to initiate further discussions and to facilitate the decision process with regard to the application.
A possible simplification of the concept is the replacement of the flooding channels by a porous, water-filled concrete layer, an option for which further investigations are planned.
Das COMET-Konzept zur Kühlung von Kernschmelzen: Bewertung der experimentellen Untersuchungen und des Einsatzes im EPR
Zusammenfassung
Das COMET Konzept zur Kühlung von Kernschmelzen wird entwickelt, um Kernschmelzen, die im Falle eines schweren Reaktorunfalls entstehen können, außerhalb des Druckbehälters zu stoppen und zu kühlen. Nachdem die Schmelze eine Beton-Opferschicht erodiert hat, wird sie durch eine Vielzahl von Kühlkanälen von unten mit Wasser passiv geflutet. Durch den dadurch einsetzenden Verdampfungsvorgang ensteht eine poröse, durchströmte Schmelze, aus der die Wärme leicht abgeführt werden kann. Darum erstarrt die Schmelze innerhalb weniger als einer Stunde und bleibt vollständig mit Wasser geflutet.
Der Bericht beschreibt verschiedenartige Experimente, die die wichtigen Vorgänge während der Fragmentierung und Flutung untersuchen. Sehr detaillierte Untersuchungen wurden mit Thermitschmelzen durchgeführt, und zwar als transiente Experimente oder mit Simulation der Nachwärme. Diese Experimente werden ergänzt und bestätigt durch zwei Experimente mit prototypischen Kernschmelzen unter Einschluß von UO2. Die wichtigsten Phänomene während der Kühlphase werden beschrieben und es wird gezeigt, daß eine sichere Kurz- und Langzeitkühlung der Schmelze erreicht wird, wenn das Flutwasser einen angemessenen Druck besitzt. Ein Vorteil des Kühlkonzepts ist die schnelle Erstarrung der Schmelze, die eine chemische oder thermische Belastung der Strukturen im Sicherheitsbehälter ausschließt. Die unterschiedlichen Aspekte, die für den Einsatz des COMET Kühlkonzepts im EPR von Bedeutung sind, werden besprochen, um weitere Diskussionen anzustossen und den Entscheidungsprozess bezüglich der Anwendung zu erleichtern.
Eine mögliche Vereinfachung des Konzepts ist der Ersatz der Kühlkanäle durch eine poröse, wasserführende Betonschicht. Für diese Variante sind weitere Untersuchungen geplant.