Simulationsexperimente zum Verhalten von Kernschmelzen in der Reaktorgrube des EPR: KAPOOL 1-5

Zusammenfassung

Für zukünftige Leichtwasserreaktoren 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 überführt werden, um die Freisetzung von radioaktivem Material zu reduzieren. Im EPR (European Pressurized Water Reactor) ist ein solcher Kernfänger vorgesehen. Nach Versagen des Reaktordruckbehälters soll die Kernschmelze zunächst in der Reaktorgrube etwa 1h zurückgehalten werden, damit auch eventuell später abstürzende Restschmelzen gesammelt werden. Nach Aufschmelzen einer Schicht aus Opferbeton, mit der die Reaktorgrube ausgekleidet ist, und eines Stahltors am Boden der Reaktorgrube soll sich die Kernschmelze gleichmäßig in einem dafür vorgesehenen Ausbreitungsraum verteilen und anschließend mit Wasser von oben geflutet und dadurch gekühlt werden.

Es wurde deshalb eine Serie von Experimenten durchgeführt, um das Aufschmelzen der Opferbetonschicht und der Stahlplatte zu untersuchen. Dabei wurde als Simulationsmaterial für die Kernschmelze eine Thermitschmelze aus Aluminiumoxid und Eisen verwendet. Als Opfermaterial wurde ein spezieller Beton benutzt, der als Zuschlagstoff Borosilikatglas enthielt. Außerdem wurde in zwei Versuchen zusätzlich die Ausbreitung und Kühlung der Schmelze untersucht. In einem Experiment wurde ein passiver Auslösemechanismus für die Wasserflutung getestet. Die Experimente lieferten Daten zur Erosionsrate des Opferbetons, zur Homogenität der Erosionsfront und zum Aufschmelzverhalten des Stahltors.

Simulation Experiments on the Corium Melt Behaviour in the EPR Reactor Cavity: KAPOOL 1-5

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. In the EPR (European Pressurized Water Reactor) such a core catcher is foreseen. After failure of the reactor pressure vessel the core melt is retained in the reactor cavity for ~ 1 h to pick up late melts. The reactor cavity is protected by a layer of sacrificial concrete and closed by a steel gate at the bottom. After meltthrough of this gate the core melt should be distributed homogeneously in a special spreading room. The spread melt is cooled by flooding with water from top.

A series of experiments has been performed to investigate the meltthrough of the sacrificial concrete layer and the steel plate using alumina-iron thermite melts as a simulant for the core melt. The sacrificial material was a special concrete with boron-silicate glass as aggregate. In addition, the spreading and cooling of the melt was investigated in two tests. In one experiment also a passive flooding initiation device for water flooding was tested. Data on the erosion velocity of the sacrificial concrete, the homogeneity of the melt front and on the melting behaviour of the steel gate were achieved.