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. 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 erosion of a sacrificial concrete layer using alumina-iron thermite melts as a simulant for the core melt. The sacrificial material was a special concrete which was recommended by the industrial partner. Its composition is 49 wt% Fe₂O₃, 43 wt% SiO₂ and 8 wt% cement, the water content was about 3%. In two tests (KAPOOL 7 and 8) some zircaloy has been added to the melt to simulate oxidation of zirconium due to the presence of water, ironoxides and silica. Erosion velocities of the sacrificial concrete and the inhomogeneity of the melt front are presented in this report.

Zusammenfassung

Für zukünftige Leichtwasserreaktoren werden spezielle Einbauten (Kernfänger) erforderlich sein, um das Containment-Versagen infolge von Erosion des Fundamentes bei einem Kernschmelzunfall zu verhindern. Nach Versagen des Reaktordruckbehälters soll die Kernschmelze zunächst in der Reaktorgrube etwa 1 h 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 Erosionsverhalten einer Opferbetonschicht zu untersuchen. Dabei wurde als Simulationsmaterial für die Kernschmelze eine Thermitschmelze aus Aluminiumoxid und Eisen verwendet. Als Opfermaterial wurde ein spezieller Beton benutzt, der vom Industriepartner empfohlen wurde. Er setzt sich zusammen aus 49 Gew% Fe₂O₃, 43 Gew% SiO₂ und 8 Gew% Zement, der Wassergehalt betrug etwa 3%. In zwei Tests (KAPOOL 7 und 8) wurde der Schmelze Zircalloy zugesetzt, um die Oxidation von Zirkonium durch Wasser, Eisenoxide und Silikate zu simulieren. Ergebnisse der Erosionsgeschwindigkeiten im Opferbeton sowie Inhomogenitäten der Schmelzfront werden in diesem Bericht beschrieben.