Forschungszentrum Karlsruhe - Wissenschaftliche Berichte – FZKA 7086

Analytical Support for the Preparation of Bundle Test QUENCH-10 on Air Ingress

Ch. Homann, W. Hering, J. Birchley, T. Haste

Abstract
Bundle test QUENCH-10 is dedicated to study air ingress with subsequent water quench during a supposed accident in a spent fuel storage tank. It was proposed by AEKI, Budapest, Hungary and was performed on 21 July 2004 in the QUENCH facility at Forschungszentrum Karlsruhe. Preparation of the test is based on common analytical work at Forschungszentrum Karlsruhe and Paul Scherrer Institut, Villigen, Switzerland, mainly with the severe accident codes SCDAP/RELAP5 and MELCOR, to derive the protocol for the essential test phases, namely pre-oxidation, air ingress and quench phase. For issues that could not be tackled by this computational work, suggestions for the test conduct were made and applied during the test. Improvements of the experimental set-up and the test conduct were suggested and largely applied. In SCDAP/RELAP5, an error was found: for thick oxide scales, the output value of the oxide scale is sensibly underestimated. For the aims of the test preparation, its consequences could be taken into account.

Together with the related computational and other analytical support by the engaged institutions the test is co-financed as test QUENCH-L1 by the European Community under the Euratom Fifth Framework Programme on Nuclear Fission Safety 1998 – 2002 (LACOMERA Project, contract No. FIR1-CT2002-40158).

Analytische Unterstützung für die Vorbereitung des Bündeltests QUENCH-10 zum Lufteinbruch

Zusammenfassung
Der Bündel-Versuch QUENCH-10 dient der Untersuchung eines Lufteinbruches mit nachfolgendem Abschrecken des Bündels mit Wasser in einem angenommenen Unfall in einem Lagerbecken für abgebrannte Brennelemente. Er wurde von AEKI, Budapest, Ungarn, vorgeschlagen und am 21. Juli 2004 in der QUENCH-Anlage im Forschungszentrum Karlsruhe durchgeführt. Analytische Arbeiten zur Festlegung der wichtigen Versuchsphasen Voroxidation, Lufteinbruch und Abschrecken beruhen auf einer gemeinsamen Arbeit des Forschungszentrums Karlsruhe und des Paul Scherrer Instituts, Villigen, Schweiz, vor allem mit den Rechenprogrammen SCDAP/RELAP5 und MELCOR zur Beschreibung von schweren Störfällen. Für Fragen, die nicht durch diese Rechnungen lösbar waren, wurden Vorschläge zur Versuchsdurchführung gemacht und im Versuch angewandt. Verbesserungen im experimentellen Bereich wurden vorgeschlagen und zu einem großen Teil umgesetzt. In SCDAP/RELAP5 wurde ein Programmfehler gefunden: bei großen Oxidschichtdicken wird der Ausgabewert der Oxidschichtdicke deutlich unterschätzt. Für die Belange der Testvorbereitung konnten seine Auswirkungen abgeschätzt werden.

Zusammen mit der zugehörigen analytischen Unterstützung durch die beteiligten Einrichtungen wurde er als Test QUENCH-L1 im 5. Rahmenprogramm der Euratom zur Sicherheit der Kernspaltung 1998 – 2002 (Projekt LACOMERA, Vertragsnummer FIR1-CT2002-40158) teilweise durch die Europäische Union finanziert.

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