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Dr. Holger Kryk
Experimental Thermal Fluid Dynamics
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Dr. Wolfgang Hoffmann
Experimental Thermal Fluid Dynamics
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Chemische Langzeiteffekte bei Kühlmittelverluststörfällen in Druckwasserreaktoren

Motivation und Zielstellung

Zur Aufrechterhaltung der Kernkühlung bei Kühlmittelverluststörfällen (KMV) in Druckwasserreaktoren (DWR) wird das aus dem Leck im Primärkreislauf austretende Kühlwasser im Reaktorsumpf gesammelt und über Notkühlpumpen in den Kühlkreislauf zurückgeführt. Im Verlauf eines solchen Störfalls können Fremdstoffe im Kühlwasser sowohl das Verblockungsverhalten an den Rückhaltevorrichtungen als auch die Wasserchemie beeinflussen. Speziell der Langzeitkontakt des Leckwasserstrahls mit feuerverzinkten Containment-Einbauten (z.B. Lichtgitterroste) kann zur Bildung von Korrosionsprodukten führen. Im Fokus der Forschungsarbeiten stehen daher Analysen zu Transport- und Verblockungsprozessen von partikelförmigen Fremdstoffen im Sumpf bzw. an Rückhaltevorrichtungen. In Kooperation mit der Hochschule Zittau/Görlitz (IPM) wird der Einfluss derartiger Korrosionsprozesse auf die Kühlwasserchemie und auf die Bildung partikelförmiger Produkte, welche zu Verstopfungsprozessen im Notkühlkreislauf führen können, untersucht. Die experimentellen und methodischen Arbeiten liefern Aussagen, die zur verbesserten analytischen Bewertung der Funktion der Notkühlsysteme in der Spätphase eines postulierten KMV und zur Bewertung der Integrität der Brennelemente notwendig sind.

Versuchsstrategie

Aufgrund der Komplexität korrosionschemischer Prozesse und der spezifischen Wasserchemie in DWR stellen sich Korrosion, Wasserchemie und Ablagerungsverhalten von Korrosionsprodukten als gekoppelte Prozesse dar, welche von einer Vielzahl elektrochemischer, thermo- und fluiddynamischer sowie werkstofftechnischer Parameter beeinflusst werden.

Um die Ursachen für die Korrosionsprozesse systematisch zu ermitteln ist eine Separation einzelner Einflussfaktoren notwendig. Dies wird in Form von Einzeleffekt-Experimenten realisiert, wobei grundlegende korrosionschemische Batch-Experimente in einem Rührkessel-Reaktor durchgeführt werden. Die Ergebnisse bilden die Basis für Langzeit-Korrosionsstudien unter KMV spezifischen Bedingungen in einer speziellen Versuchsanlage. Auf Basis der Experimente wurden unter anderem mechanistische Modelle für die Zink- und nachfolgende Eisenkorrosion in borsäurehaltigen Medien unter KMV-Bedingungen erstellt.

Versuchsstrategie - schematische Darstellung
Korrosion feuerverzinkter Stahloberflächen im Leckstrahl einer Borsäurelösung
Korrosionsprodukte von Zink und deren Wechselwirkungen in Borsäurelösung

Publikationen

  • Alt, S.; Hampel, R.; Kästner, W.; Kratzsch, A.; Renger, S.; Seeliger, A.; Zacharias, F.; Cartland-Glover, G.; Grahn, A.; Hoffmann, W.; Krepper, E.; Kryk, H.; Generic experiments at the sump model “Zittauer Strömungswanne” (ZSW) for the behaviour of mineral wool in the sump and the reactor core; Kerntechnik 76(2011)1, 20-29
  • Kryk, H.; Hoffmann, W.; Waas, U.; Influence of corrosion processes on the head loss across ECCS sump strainers; Kerntechnik 76(2011)1, 46-53
  • Kryk, H.; Cartland-Glover, G.; Grahn, A.; Hoffmann, W.; Lecrivain, G.; Isolationsmaterialbelastete Kühlmittelströmung im Kern – CFD-Modellentwicklung und Untersuchung von Korrosionsprozessen; Abschlussbericht zum BMWi-Vorhaben 150 1363; Dresden: HZDR\FWD\2012\01, 2012

Förderung

Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie: „Partikelentstehung und –transport im Kern von Druckwasserreaktoren; physikochemische Mechanismen“ (FKZ: 150 1363, 150 1430), Laufzeit: 10/2008 – 03/2014

Kooperationen

  • Hochschule Zittau/Görlitz, Institut für Prozesstechnik, Prozessautomatisierung und Messtechnik (IPM)
  • HZDR, Institut für Ressourcenökologie, Abteilung Grenzflächenprozesse
  • HZDR, Institut für Ionenstrahlphysik und Materialforschung, Abteilung Strukturmaterialien

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