Forschungszentrum Karlsruhe - Wissenschaftliche Berichte - FZKA 7214
The COMET-L2 Experiment on Long-Term MCCI with Steel Melt
G.
Sdouz, R. Mayrhofer, H. Alsmeyer, T. Cron, B. Fluhrer, J. Foit, G. Messemer, A. Miassoedov, S.
Schmidt-Stiefel, T. Wenz
Abstract
Former results in the molten-core-concrete interaction (MCCI)
research indicate a possible penetration of a PWR cavity during a severe
accident. To investigate the coolability of molten core the COMET facility was
commissioned. The LACOMERA project is a 3 year shared-cost action within the
Fifth Framework Programme. The overall objectives of the LACOMERA project are
to provide research institutions from the EU member countries and associated
states access to large scale experimental facilities which shall be used to
increase the knowledge of the quenching of a degraded core and regaining melt
coolability in the reactor pressure vessel, of possible melt dispersion to the
cavity, of MCCI and of ex-vessel melt coolability.
The experiment COMET-L2 is designed to answer following
questions: investigation of long-term MCCI of metallic corium in cylindrical
siliceous concrete cavity under dry conditions with decay heat simulation of
intermediate power during test phase 1, and subsequently at reduced power
during test phase 2. Observation of downward and sideward cavity erosion rates,
cavity shape, and related processes.
The experiment is performed in a cavity of siliceous
concrete, initial inner diameter 595 mm. The mass of the metal melt is 430 kg,
overlaid by 35 kg oxide melt. Decay heat was simulated by induction heating of
the metal phase with a typical power of 200 kW, representing accident
conditions in the late ex-vessel phase. Erosion of the concrete, temperatures
of the melt, and erosion rates are measured. Unfortunately, the gas measurement
system failed. 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, the axial
erosion seems more pronounced. Reasons for the differences between axial and
radial erosion following the initial transient phase, and notably also the
local inhomogeneities in axial ablation, may lie in the melt heating by a
planar induction coil. This technique could possibly have resulted in
inhomogeneous distribution of power in the melt, with a larger proportion close
to the axial ablating concrete thus promoting axial ablation. The axial
ablation might have been further amplified by possible positive feedback due to
progression of the erosion front towards the coils, which eventually led to the
cone-shaped erosion profile.
Details of the experiment are reported to be used for
validation of models and computer codes for safety assessment.
Das COMET-L2 Experiment
zur Langzeiterosion von Beton durch einer Metallschmelze
Zusammenfassung
Frühere Ergebnisse bei
der Untersuchung von Beton-Schmelze-Wechselwirkung (MCCI) können ein mögliches
Durchdringen eines Druckwasserreaktor – Betonfundaments nicht
ausschließen. Zur Untersuchung der Kühlbarkeit von Kernschmelzen im
Fundamentbereich wurde die COMET Anlage errichtet. Um Mitgliedern der EU den
Zugang zu Versuchsanlagen zu ermöglichen, wurde im 5.Rahmenprogramm die Shared
Cost Action LACOMERA (LArge scale experiments on COre degradation, MElt
Retention And coolability) durchgeführt.
Das Experiment
COMET-L2 untersucht im Wesentlichen folgende offenen Fragen: Untersuchung der
langzeitigen MCCI einer metallischen Schmelze in einer zylindrischen
Betonkaverne ohne Anwesenheit von Wasser mit einer Simulation der
Nachzerfallswärme mittlerer Leistung während der Testphase 1. In der zweiten
Phase wurde die Leistung reduziert. Im weiteren Beobachtung von axialer und
radialer Erosion in der Kaverne, deren Form und damit in Zusammenhang stehende
Phänomene.
Das Experiment wird
in einer Kaverne mit einem Anfangsdurchmesser von 595 mm durchgeführt,
gefertigt aus Beton mit silikatischen Zuschlägen. Die Schmelze besteht aus 430
kg Metall, überschichtet von 35 kg Oxidschmelze. Die nukleare Nachwärme wird
durch induktive Beheizung der Metallphase simuliert, mit einer typischen
Leistung von etwa 200 kW. Dies stellt die Unfallbedingungen in der späten Phase
der Fundamenterosion dar. Es werden die Erosion des Betons und die Temperaturen
der Schmelze gemessen. Leider versagte die Anlage zur Gasmessung von Beginn an.
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
scheint die Erosion nach unten vorzuherrschen. Die Gründe für diese
Unterschiede zwischen radialer und axialer Erosion und den lokalen
Inhomogenitäten in axialer Richtung liegen möglicherweise in der Erwärmung
durch eine induktive Heizung. Diese Technik ist vermutlich verantwortlich für
eine inhomogene Verteilung der Leistung in der Schmelze und bevorzugt die
axiale Erosion. Dieser Effekt wird bei der Annäherung der Erosionsfront an die
Spule verstärkt, und ruft das kegelförmige Erosionsprofil hervor.
Die Einzelheiten
des Experiments werden berichtet. Sie können verwendet werden, um Modelle und
Rechenprogramme zur Sicherheitsanalyse von Reaktoren zu validieren.
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