Entwicklung und Anwendung einer Methodik zur Analyse unterstellter Borverdünnungsstörfälle im Nachkühlbetrieb

In der vorliegenden Arbeit wird eine Methodik zur Analyse von Borverdünnungsstörfallen im Nachkühlbetrieb von Druckwasserreaktoren vorgestellt und angewandt.
Eine wesentliche Voraussetzung für eine realistische Analyse ist dabei die adäquate Modellierung der Vermischung des in den kalten Strang eingespeisten deborierten Pfropfens mit dem hochborierten Umgebungswasser.
Für das früher entwickelte Vermischungsmodell SAPR wurden an der Versuchsanlage ROCOM Übertragungs¬funktionen für die Vermischung im RDB bei kleinen Geschwindigkeiten ermittelt. Diese Übertragungsfunktionen, die in das bestehende Modell eingebaut und erfolgreich validiert wurden, decken alle möglichen Strömungszustände hinsichtlich der Anzahl der aktiven Nachkühlschleifen ab.
Mit Hilfe des gekoppelten neutronenkinetisch/thermohydraulischen Programms DYN3D/ATHLET wurde in Kombination mit diesem Vermischungsmodell ein unterstellter Borverdünnungsstörfall bei Einspeisung deborierten Kühlmittels im Nachkühlbetrieb unter Verwendung einer generischen Kernbeladung analysiert.
Die aus einer Kombination von stationären und transienten Rechnungen bestehende Methodik wurde auf das Strömungsregime mit einer arbeitenden Nachkühlpumpe angewandt. Zuerst wurde eine Parameterstudie mit stationären DYN3D-Rechnungen durchgeführt. Im deren Ergebnis wurde gezeigt, dass bei realistischer Berücksichtigung der Kühlmittelvermischung im RDB borfreie Kühlmittelmengen unter 8 m3 keine Rekritikalität des abgeschalteten Reaktors verursachen. Diese Aussage gilt für die verwendete Kernbeladung.
Für borfreie Kühlmittelmengen von 8 m3 bis zum Maximalwert von 15 m3 wurden transiente Analysen durchgeführt. Dazu wurde zwei Kernmodelle für das gekoppelte Programm DYN3D/ATHLET, eins bestehend aus 193 Kühlkanälen (1:1 Modellierung) und eins mit einer reduzierten Anzahl der Kühlkanäle (41) erstellt. Die mit dem SAPR-Modell berechneten Zeitkurven der Borkonzentration am Kerneintritt wurden als Randbedingungen an das untere Plenum angeschlossen. Aus Rechenzeitgründen wurde die Hauptzahl der Analysen mit dem reduziertem Modell durchgeführt. Ergänzend wurde für das maximale Pfropfenvolumen eine Rechnung mit dem detaillierten Modell durchgeführt.
Letzter Variationsparameter war die Anzahl der aktiven Schleifen im Nachkühlbetrieb. Hierbei wurden ausgewählte Schritte der Analyse für die veränderten hydraulischen Randbedingungen wiederholt. Es ergab sich, dass der 2- und 3-Schleifenbetrieb die höchsten statischen Reaktivitätseinträge aufweist. Die höchste Leistung nach der Rekritikalität sowie die höchsten Werte der Brennstoff- und Hüllrohrtemperatur werden im 4-Schleifenbetrieb berechnet, während im 1-Schleifenbetrieb der geringste Abstand zur Siedekrise und die höchste Stabbelastung ausgewiesen wurden.
Für diesen Zustand wurde eine Heißkanalanalyse durchgeführt. Obwohl in dieser Analyse über einen gewissen Zeitraum das Auftreten der Siedekrise berechnet wird, kam es in keiner der durchgeführten Rechnungen zu Erhöhungen der Brennstoffzentral- bzw. der Hüllrohrtemperatur über zulässige Grenzwerte.