Forschungszentrum Karlsruhe - Wissenschaftliche Berichte - FZKA 7213

The COMET-L1 Experiment on Long-Term MCCI and Late Melt Surface Flooding

G. Doubleva, H. Alsmeyer, T. Cron, B. Fluhrer, J. Foit, G. Messemer, A. Miassoedov, S. Schmidt-Stiefel, T. Wenz, I. Ivanov, M. Cranga

Abstract
The experiment COMET-L1 investigates the situation of basement attack by a simulated corium melt. Sponsored by the European Commission as part of the LACOMERA programme, this experiment brings together partners from Germany, Bulgaria, and France. The open questions which are addressed in the actual experiment are (1) the long-term erosion of a cylindrical concrete cavity during the absence of water, and (2) the consequence of top flooding when water is added to the surface of the hot melt.

The experiment is performed in a cavity of siliceous concrete, initial inner diameter 60 cm. The mass of the steel melt is 460 kg, overlaid by 470 kg oxide melt, resulting in a total melt height of 780 mm. Decay heat was simulated by induction heating of the steel phase with a typical power of 150 kW, representing accident conditions in the late ex-vessel phase. Erosion of the concrete, temperatures of the melt, and rates and composition of the released gases are measured. Unfortunately, decay heating ended after 960 s only because of an electrical failure. In the first phase of the interaction, initial overheat of the melt is quickly reduced, while erosion rates into the axial and lateral directions are similar. When stationary conditions are achieved, periods of slow erosion and slow gas release are interrupted by phases of more intense eruptions, during which crusts are re-melted. In this phase, the axial erosion seems more pronounced, which to some extent may be due to partial solidification of the metal melt. After end of heating, the melt cools down only very slowly. Crust growth at the upper surface and related temperatures are reported. Late surface flooding has minor effect to improve heat removal.

Details of the experiment are reported to be used for validation of models and computer codes for safety assessment.

Das COMET-L1 Experiment zur Langzeiterosion von Beton mit einer späten Flutung der Schmelzeoberfläche

Zusammenfassung
Das Experiment COMET-L1 untersucht die Vorgänge beim Angriff des Betonfundaments durch eine simulierte Kernschmelze. Dieses Experiment, gefördert von der Europäischen Union als Bestandteil des LACOMERA Programms, bringt Partner aus Deutschland, Bulgarien und Frankreich zusammen. Die wesentlichen offenen Fragen, die in diesem Experiment untersucht werden, sind 1. die langzeitige Erosion einer zylindrischen Betonkaverne ohne Anwesenheit von Wasser und 2. die Auswirkungen der Kühlung von oben durch Flutung der heißen Schmelzen-Oberfläche mit Wasser.

Das Experiment wird in einer Kaverne mit einem Anfangsdurchmesser von 60 cm durchgeführt, gefertigt aus Beton mit silikatischen Zuschlägen. Die Schmelze besteht aus 460 kg Stahl, überschichtet von 470 kg Oxidschmelze, mit einer Gesamthöhe von 780 mm. Die nukleare Nachwärme wird durch induktive Beheizung der Stahlphase simuliert, mit einer typischen Leistung von 150 kW. Dies stellt die Unfallbedingungen in der späten Phase der Fundamenterosion dar. Es werden die Erosion des Betons, die Temperaturen der Schmelze und die Menge und Zusammensetzung der freigesetzten Gase gemessen. Leider wurde jedoch die elektrische Beheizung der Schmelze durch den Ausfall der elektrischen Leistungsteuerung nach nur 960 s beendet. In der ersten Phase der Wechselwirkung mit dem Beton beobachtet man eine schnelle Abnahme der Temperatur der Schmelze, bei etwa gleichen Erosionsraten nach unten und zur Seite. Nach Erreichen von nahezu stationären Bedingungen beobachtet man Perioden langsamer Erosion und schwacher Gasfreisetzung, die durch Phasen heftigerer Eruptionen unterbrochen werden, während derer die Krusten aufgeschmolzen werden. Unter diesen Bedingungen scheint die Erosion nach unten vorzuherrschen, was zu einem gewissen Ausmaß durch die teilweise Erstarrung der Metallschmelze verursacht sein kann. Nach Ende der Beheizung kühlt die Schmelze nur sehr langsam ab. Die Krustenbildung an der Oberfläche der Schmelze und die damit verbundenen Temperaturen werden angegeben. Die Flutung der Oberfläche der Schmelze zu einem späten Zeitpunkt verbessert den Wärmeentzug aus der Schmelze nur wenig.

Die Einzelheiten des Experiments werden berichtet. Sie können verwendet werden, um Modelle und Rechenprogramme zur Sicherheitsanalyse von Reaktoren zu validieren.

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