Abstract
In
the case of a hypothetical core melt-down accident in a pressurised light
water reactor, hot melt may be relocated and mixed with water present in
the lower coolant plenum. The amount of masses involved in the mixing process
and the intensity of thermal interaction determine the extent of a possible
steam explosion.
Such
processes have been investigated, on a technical scale, at the Forschungszentrum
Karlsruhe in so-called PREMIX experiments. Melt was released from above
into a water pool using alumina instead of corium. Eighteen tests, PM01
to PM18, have been performed from 1994 to 1999. PM12 to PM18 were a task
of the EU-MFCI-project within the Fourth Framework Programme. For that
purpose, geometrical key data of the experimental facility as well as starting
conditions of some of these tests were chosen to meet as close as possible
those of the FARO/FAT tests performed at JRC Ispra with molten corium and
water. This was in order to facilitate comparison of results.
Three
tests (PM12, 13, 14) were started with almost identical parameters. The
general course of events turned out to be very similar. Deviations nonetheless
found in the results can generally be attributed to uncertainties in the
procedure of preparing and controlling the melt supply. By this, reproducibility
of the PREMIX experiments has been proven.
The
conditions of two other tests (PM16, 17) were set to meet those of two
FARO tests, L-28 and L-31. These were the melt mass, water temperature
and depth, system pressure, nozzle diameter, and duration of melt release.
In
most cases, under saturated water conditions, melt penetration, premixing,
and steam production occurred in such a way that the bulk of water was
prevented from close contact with the melt. Steam and water were in equal
shares, around 50%, in the interaction zone. In case of large initial subcooling
of the water, the share of the steam and, with it, the average distance
between melt and water in the interaction zone were much smaller. Nonetheless,
a steam explosion did not occur.
The
influence of the various parameters on the results is discussed. Special
interest is devoted to the evaluation of the jet break-up length. The report
gives a documentation of all relevant data. The data should be used for
the validation of multiphase computer programmes which are presently developed
in reactor safety research.
PREMIX,
Abschlußbericht der zweiten Testserie (PM12 - PM18)
Zusammenfassung
Beim
Niederschmelzen des Reaktorkerns, denkbar als Folge eines hypothetischen
Störfalls in einem Druckwasserreaktor, kann heiße Schmelze in
das untere Kühlmittelplenum gelangen und sich mit dort vorhandenem
Wasser mischen. Die Menge der an der Vermischung beteiligten Massen und
die Intensität der thermischen Wechselwirkung bestimmen das Ausmaß
einer eventuell auftretenden Dampfexplosion.
Derartige
Vorgänge wurden im Forschungszentrum Karlsruhe in den sogenannten
PREMIX Experimenten in technischem Maßstab untersucht. Die heiße
Schmelze floss von oben in ein Wasserbad. Anstelle von Corium wurde Aluminiumoxid-Schmelze
verwendet. Von 1994 bis 1999 wurden insgesamt 18 PREMIX-Experimente (PM01
– PM18) durchgeführt. PM12 bis PM18 waren Teil eines Arbeitspakets
des EU-MFCI-Projektes innerhalb des Vierten Rahmenprogramms. In diesem
Zusammenhang wurden geometrische Eckdaten der Teststrecke wie auch Startbedingungen
bei einigen dieser Versuche so gewählt, dass sie möglichst gut
mit denen der FARO/FAT Versuche übereinstimmten, die im Forschungszentrum
JRC in Ispra mit geschmolzenem Corium und Wasser durchgeführt wurden.
Zweck war eine Erleichterung beim Vergleich der Ergebnisse.
Drei
Experimente (PM12, 13, 14) wurden unter fast gleichen anfänglichen
Bedingungen durchgeführt. Der generelle Ablauf der drei Versuche war
sehr ähnlich. Dennoch festgestellte Unterschiede können Unsicherheiten
im zeitlichen Ablauf der Schmelzeerzeugung zugewiesen werden. Das Ergebnis
zeigt, dass die PREMIX- Experimente reproduzierbar sind
Die
Bedingungen zweier weiterer Versuche (PM16, 17) wurden denen zweier FARO
Tests, L-28 and L-31, angepasst. Es waren die Parameter Schmelzemasse,
Wassertemperatur und -tiefe, Systemdruck, Durchmesser der Schmelzedüse
und Dauer des Schmelzeausflusses.
Die
Mehrzahl der Versuche wurde unter der Bedingung gesättigten Wassers
durchgeführt. Hier verliefen das Eindringen der Schmelze in das Wasser,
die Vorvermischung und die Dampfbildung in einer Weise, dass die Hauptmasse
des Wassers von einem engen Kontakt mit der Schmelze abgehalten wurde.
Dampf und Wasser waren in etwa gleichen mittleren Volumenanteilen in der
Interaktionszone vorhanden. Im Falle starker anfänglicher Unterkühlung
des Wassers waren der Anteil des Dampfes und mit ihm die mittlere Distanz
zwischen Schmelze und Wasser in der Interaktionszone viel kleiner. In keinem
Falle trat eine Dampfexplosion auf.
Der
Einfluss der unterschiedlichen Parameter auf die Versuchsergebnisse wird
diskutiert. Besonderes Interesse wird der Bestimmung der sog. Aufbrechlänge
des Schmelzestrahls gewidmet. Die
gleichfalls dokumentierten Messergebnisse bilden eine Datenbasis für
die Validierung von Mehrphasen-Computerprogrammen, die gegenwärtig
im Rahmen der Reaktor-Sicherheitsforschung entwickelt werden.