Forschungszentrum Karlsruhe - Wissenschaftliche Berichte - FZKA 6792

Modelling of Zr-O and U-Zr-O melts oxidation and new crucible tests

M. S. Veshchunov, J. Stuckert, A. V. Berdyshev

Abstract
This report summarises the results of task WP7.2 of the European COLOSS Project conducted within the 5^th Framework Programme on “Nuclear Fission Safety”. The objective of this multi-partner task is the development of models regarding the oxidation of U-O-Zr mixtures, in particular:

· Models that can adequately simulate the oxidation of U-O-Zr mixtures and related H₂ production during the core degradation phase of a severe accident.

· Models that can be integrated in SA codes.

In order to modelling of Zr-O and U-Zr-O melts oxidation, it was agreed to use available FZK data on post-test examinations of molten materials oxidation in the CORA and QUENCH bundle tests, as well as new FZK tests (described in the Part I) on ZrO₂ crucible dissolution by molten Zry. These single effect tests were specially designed for the investigation of long-term behaviour during the melt oxidation stage. On this base, a new model (Part II of the report) for oxidation of molten Zr-O and U-Zr-O mixtures in steam was developed, in order to analyse and explain the H₂ peak production during the quenching of degraded rods.

Modellieren der Zr-O und U-Zr-O Schmelzeoxidation und neue Tiegeltests

Zusammenfassung
Dieser Report fasst die Ergebnisse der Aufgabe WP7.2 des europäischen COLOSS-Projektes zusammen, die innerhalb des 5. Rahmenprogramms bearbeitet wurden. Das Ziel dieser Multipartneraufgabe ist die Entwicklung der Modelle für die Oxidation der U-O-Zr Mischungen, insbesondere:

• Modelle, die die Oxidation der U-O-Zr Mischungen und der in Verbindung stehenden H₂-Freisetzung während der Kernschmelzphase eines schweren Reaktorstörfalles ausreichend simulieren können.
• Modelle, die in Störfallprogramme integriert werden können.

Das Ziel der Modellierung der Oxidation Zr-O- und U-Zr-O-Schmelzen war es, vorhandene FZK-Daten aus den Nachuntersuchungen der Schmelze, die in den CORA- und QUENCH-Bündelexperimenten aufgetreten ist, zu verwenden. Ferner sollten die Ergebnisse der neuen FZK-Versuche zur Auflösung von ZrO₂-Tiegel durch flüssiges Zircaloy (beschrieben im Teil I) modelliert werden. Diese Einzelversuche wurden besonders konzipiert für die Untersuchung des langfristigen Verhaltens während des Schmelzoxidationsstadiums. Auf dieser Basis wurde ein neues Modell (Teil II des Berichtes) der Dampfoxidation von flüssigen Zr-O- und U-Zr-O- Mischungen entwickelt, um die intensive Wasserstofffreisetzung während des Abschreckens beschädigter Stäbe zu analysieren und zu erklären.

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