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entdeckt_02_2012

entdeckt 02 .12 Kooperation WWW.Hzdr.DE Thermoschock mit Folgen Ein sicherheitsrelevanter Aspekt bei der Notkühl-Einspeisung sind die großen Belastungen auf Rohrleitungen und bauliche Komponenten durch die plötzliche Abkühlung. Dies gilt vor allem für die Wand des Reaktordruckbehälters, die gege- benenfalls schon über viele Jahre im laufenden Betrieb dem „Beschuss“ von Neutronen ausgesetzt war. Eine Änderung der Materialeigenschaften – z. B. zunehmende Versprödung – könnte die Folge sein. Auch unmittelbar nach der Notab- schaltung hat der Druckbehälter noch Temperaturen von weit oberhalb 200 Grad Celsius. Würde das stark unterkühlte Notkühlwasser, das je nach Anlage Temperaturen zwischen 10 und 60 Grad haben kann, unvermischt zum Reaktorbehälter strömen, würde dessen Wand erheblichen thermomechani- schen Belastungen ausgesetzt sein. Die plötzliche Abkühlung der Wand, auch als Thermoschock (im Englischen mit PTS abgekürzt für pressurized thermal shock) bezeichnet, könnte unter Umständen zu einer Rissbildung bis hin zum Versagen des Druckbehälters führen. Das Risiko eines solchen Versa- gens hängt dabei einerseits von den aktuellen mechanischen Eigenschaften der Wand und andererseits von der Tempera- tur des Wassers am Eintritt in den Reaktordruckbehälter ab. Diese Temperatur wiederum ergibt sich aus dem Strö- mungsgemisch aus Dampf sowie kaltem und heißem Wasser in der Hauptkühlmittel-Leitung (im Folgenden verkürzt als Hauptleitung oder Hauptrohr bezeichnet) – und dieses Strö- mungsgemisch unterliegt den grundlegenden Gesetzen der Thermofluiddynamik. Forscher im HZDR beschäftigen sich seit vielen Jahren mit derartigen Szenarien. Die bruchmechanischen Eigenschaften des Behältermaterials untersucht die Abteilung Strukturma- terialien, die Frage, wie gut sich das kalte Notkühlwasser mit dem heißen Wasser im Hauptrohr vermischt, beantworten dagegen fluiddynamische Untersuchungen. Daran arbeiten die Abteilungen für Experimentelle Thermofluiddynamik sowie Numerische Strömungsmechanik – oder Computational Fluid Dynamics, CFD – im Dresdner Helmholtz-Zentrum. Die Analyse von Störfallabläufen sowie die Bewertung und Optimierung von Notfallmaßnahmen sind das Aufgabengebiet der Spezialisten aus der Abteilung Reaktorsicherheit. Anlagen- dynamische Untersuchungen und die aus den Experimenten zum Thermoschock sowie den CFD-Simulationen gewonnenen Erkenntnisse zur Notkühl-Einspeisung helfen dabei, die Si- cherheit derzeitiger und künftiger Reaktoranlagen zu erhöhen. Vermischungsphänomene und Anlagensicherheit Die Vermischung des kalten und heißen Wassers in der Hauptleitung ist eines der fluiddynamischen Phänomene, von denen die komplexe Strömungsdynamik bei der Notkühlein- speisung abhängt – und damit mittelbar auch die Sicherheit der Reaktorkomponenten. Das Wasser in der Rohrleitung verdampft allerdings bei einer gewissen Temperatur und in Abhängigkeit vom herrschenden Druck, sodass ein besonde- rer Zustand entsteht: das kalte einströmende Notkühlwasser trifft auf siedendes Wasser und gesättigten Dampf. Hierbei DRUCKTANK: Medienströme und Funktionsprinzip des Versuchsstandes zur Analyse von Thermoschock- Szenarien in einem Druckwasserreaktor.

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