Forschungszentrum Karlsruhe - Wissenschaftliche Berichte - FZKA 6684

Auslegung eines geschlossenen 4 MW-Targetmoduls mit Wärmeabfuhrsystem für eine ADS-Anordnung

H.-J. Neitzel, J.U. Knebel

Zusammenfassung
Am Forschungszentrum Karlsruhe wird das HGF-Strategiefonds-Projekt 99/16 mit dem Kurztitel „Innovative Technologie zur Reduzierung der Radiotoxizität“ durchgeführt, das einen wesentlichen wissenschaftlichen Beitrag zur anwendungsorientierten Grundlagenforschung für Beschleuniger getriebene Anlagenanordnungen ADS (Accelerator Driven System) leistet. Die bearbeiteten Themen sind den Bereichen Technologie schwerer Flüssigmetalle, Thermohydraulik und Materialien / Korrosion zuzuordnen.

Eine ADS-Anordnung besteht aus drei Hauptkomponenten: einem Beschleuniger für Protonen, einem Spallationstarget und einem unterkritischen Blanket.

Die strategische Zielsetzung einer ADS-Anordnung ist die Transmutation von langlebigem radioaktivem Abfall (Plutonium, minore Aktiniden und langlebige Spaltprodukte) zu kurzlebigen Isotopen oder stabilen Elementen und somit die Schließung des Brennstoffkreislaufs.

Eine Teilaufgabe des HGF-Strategiefonds-Projekts sieht die numerische Vorausberechnung eines geschlossenen Targetmoduls vor. Als konsequenter weiterer Schritt können dann am IKET ein solches Targetmodul experimentell untersucht und somit die numerischen Ergebnisse validiert werden.

In diesem Bericht wird die Geometrie des Integralexperiments K4T (Karlsruher 4 MW Target) zu einem geschlossenen 4 MWth Spallationstarget entwickelt, das Blei-

Wismut als Spallationsmaterial und als Kühlmittel verwendet. Die Wärme soll für alle Anlagenzustände (Normalbetrieb und Nachwärmeabfuhrbetrieb) vollständig passiv durch gekoppelte Naturkonvektionskreisläufe an die Umgebung abgeführt werden. Das Integralexperiment K4T untersucht eine im Maßstab 1:1 geometrisch identische Geometrie im Vergleich zum Prototyp. Die einzelnen Komponenten des hierbetrachteten Kreislaufsystems sind:

Das Integralexperiment K4T wird in das Flüssigmetalllabor KALLA (KArlsruhe Lead LAboratory) integriert.

Die wichtigsten Auslegungsgrößen des Integralexperiments K4T sind:



Design of a closed 4 MW spallation target module with heat removal system for an ADS system

Abstract
At the Forschungszentrum Karlsruhe the HGF Strategy Fund Project entitled “Innovative Technology to Reduce Radiotoxicity” is performed which delivers an essential scientific contribution to the application oriented fundamental research for Accelerator Driven Systems (ADS). The addressed topics are in the areas of heavy liquid metal technology, thermalhydraulics and materials / corrosion.

An ADS consists of three main components: an proton accelerator, a spallation target and a subcritical blanket.

The strategic objective of an ADS is the transmutation of long-lived radioactive waste (plutonium, minor actinides and long-lived fission products) into short-lived isotopes or stable elements, thus closing the fuel cycle.

The objective of one task of the HGF Strategy Fund Project is the numerical calculation of a closed spallation target module. In a consequent next step such a spallation target can be experimentally investigated at IKET and the numerical results can be validated.

In this report the geometry of the Integral Experiment K4T (Karlsruhe 4 MW Target) of a closed 4 MW(th) spallation target is developed which uses lead-bismuth as spallation material and as coolant. The heat shall be removed in a fully passive way to the environment by coupled natural circulation loops for all operational conditions (normal operation and decay heat removal). The Integral Experiment K4T simulates the geometrically scaled 1:1, identical geometry in comparison to a prototype. The components of the investigated loop system are:

The Integral Experiment K4T will be integrated in the KArlsruhe Lead LAboratory KALLA.

The most important design parameters of the Integral Experiment K4T are:


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