Abstract

During melt-down of the core of a light-water reactor, as a consequence of a severe accident, hot melt may come into contact with coolant in the lower plenum. The amount of masses involved and the intensity of the interaction determine the extent of a possible steam explosion.

Such events are being investigated, among other laboratories, at the Forschungszentrum Karlsruhe in so-called PREMIX experiments. Using alumina melt instead of corium, the melt is released from above into a water pool.

To prove reproducibility of the PREMIX experiments, three tests have been performed with starting conditions identically specified. Additionally, the conditions of the tests were chosen in order to facilitate comparison of the results with those of the FARO/FAT tests performed at JRC Ispra with molten corium and water.

The general course of the three PREMIX tests turned out to be very similar. Fragmentation of the melt, premixing, and steam production occurred in such a way that the bulk of water was prevented from close contact with the melt. No indication of conditions was found under which a steam explosion was to be expected.

The most relevant data, maximum pressure and steam generation rates, differ by less than 10 %. Peculiar differences, found in the times after the first melt/water contact when a significant pressure rise started, can generally be attributed to uncertainties in controlling the melt supply. Summarizing, one can state that the results are conclusive, i.e., we conclude that the PREMIX experiments are reproducible.

This report gives a documentation of the results which provide a data base that can be used for the validation of multiphase computer programmes being presently developped.

PREMIX-Versuche PM12, PM13 und PM14 - Dokumentation und Auswertung der Ergebnisse

Zusammenfassung

Beim Niederschmelzen des Reaktorkerns, denkbar als Folge eines schweren Störfalls in einem Leichtwasserreaktor, kann heiße Schmelze mit Kühlmittel im unteren Plenum in Kontakt kommen. Der Umfang der beteiligten Massen und die Intensität der Wechselwirkung bestimmen das Ausmaß einer eventuell auftretenden Dampfexplosion.

Derartige Vorgänge werden in Forschungsstätten verschiedener Länder untersucht. Im Forschungszentrum Karlsruhe läßt man in sogenannten PREMIX-Experimenten heiße Schmelze von oben in einen mit Wasser gefüllten Behälter fließen. Anstelle von Corium wird Aluminiumoxid-Schmelze eingesetzt.

Zur Überprüfung der Reproduzierbarkeit der Versuchsergebnisse wurden drei Experimente unter gleichen anfänglichen Versuchsbedingungen durchgeführt. Darüber hinaus wurden die Bedingungen der PREMIX-Versuche so gewählt, daß der Vergleich mit Ergebnissen der FARO/FAT-Versuche erleichtert wird, die mit geschmolzenem Corium und Wasser am JRC, Ispra, durchgeführt werden.

Der generelle Ablauf der drei Versuche war sehr ähnlich. Der Fragmentierungsprozeß, die Vorvermischung und die Dampfbildung verliefen in einer Weise, daß die große Masse des Wassers von einem engen Kontakt mit der Schmelze abgehalten wurde. Bedingungen, die Voraussetzung für das Auftreten einer Dampfexplosion sind, wurden nicht beobachtet.

Die wichtigsten Meßdaten, wie maximaler Druck und Dampfproduktionsrate, unterschieden sich um weniger als 10%. Ein, wenn auch geringer, Unterschied besteht in der Zeitspanne vom ersten Schmelze/Wasser-Kontakt bis zum Beginn eines signifikanten Druckanstiegs im Versuchsbehälter. Die Unterschiede können Unsicherheiten im zeitlichen Ablauf der Schmelzefreisetzung zugewiesen werden. Insgesamt konnte gezeigt werden, daß die Ergebnisse schlüssig sind, und wir schließen daraus, daß die PREMIX-Ergebnisse reproduzierbar sind

Der Bericht dokumentiert die Ergebnisse der drei Versuche. Die gewonnenen Daten eignen sich als Datenbasis für die Validierung von in der Entwicklung befindlichen Computerprogramme.