Simulation von ATWS-Transienten in Druckwasserreaktoren

Im Rahmen von Sicherheitsanalysen für KKW werden auch Transienten mit unterstelltem Ausfall der Reaktorschnellabschaltung (RESA) betrachtet. Bei diesen ATWS-Transienten (Anticipated Transients Without Scram) wird angenommen, dass das mechanische Einfahren der Regel- und Abschaltstäbe vollständig versagt, wenn es infolge eines bestimmten Ereignisses angefordert wird. Bei einem derartigen Versagen der RESA wird die Leistungsentwicklung im Reaktorkern ausschließlich durch die neutronenkinetische Rückkopplung über Brennstofftemperatur, Moderatortemperatur und –dichte sowie Borkonzentration bestimmt.
Die ATWS-Transiente „Ausfall der Hauptspeisewasserversorgung mit Nichtabschalten der Hauptkühlmittelpumpen“ wurde mit dem gekoppelten neutronenkinetisch/thermohydraulischen Programmkomplex DYN3D/ATHLET analysiert. Dabei wurde der Einfluss systemtechnischer und neutronenkinetischer Randbedingungen auf die Rechenergebnisse untersucht. Bei den durchgeführten Rechnungen handelt es sich um methodische Untersuchungen und nicht um Nachweisführungen.
Die Reduktion der Abblasemenge aus dem Primärkreislauf, welche die Unsicherheiten beim zweiphasigen kritischen Ausströmen abdecken soll, hat unter den ausgewählten Variationen den größten Einfluss auf den Druckverlauf im Primärkreislauf, der bei der betrachteten Transiente der wichtigste Sicherheitsparameter ist.
Die Veränderung der Kernbeladung (Variation der Anzahl der MOX-Brennelemente) hat einen großen Einfluss auf die Reaktivitätskoeffizienten der Brennstofftemperatur und der Moderatordichte. Über diese zwei Koeffizienten wird der Primärdruck stark beeinflusst. Wesentliches Ergebnis ist, dass das berechnete Druckmaximum mit Erhöhung der Anzahl der MOX-Brennelemente deutlich niedriger ausfällt.
Mit einer statistischen Variation der globalen Rückkopplungsparameter wurden für eine konkrete Kernbeladung die Auswirkungen von Unsicherheiten, die sich bei der Erstellung der Zweigruppen-Wirkungsquerschnittsdaten ergeben können, auf den Verlauf der betrachteten Transiente analysiert. Die Bereiche für die statistische Variation der Daten wurden auf Grund von Erfahrungswerten vorgegeben. Die Variation des Reaktivitätskoeffizienten der Moderatordichte bewegt sich dabei in einem ähnlichen Bereich, wie er sich bei der Variation der Anzahl der MOX-Brennelemente er-gab, der Variationsbereich des entsprechenden Koeffizienten der Brennstofftemperatur ist ungefähr doppelt so groß. Im Ergebnis ergibt sich eine größere Streuung des berechneten Maximaldrucks. Eine Streuung der Koeffizienten um ± 20 % ergibt eine Streubreite im Maximalwert des Drucks im Primärkreislauf von 2.17 MPa, die entsprechenden berechneten Toleranzgrenzen sind 18.26 und 20.43 MPa. Eine Sensitivitätsanalyse ergab, dass der Primärdruck in größerem Maß vom Dichtekoeffizienten abhängt, der Koeffizient der Brennstofftemperatur beeinflusst das Druckmaximum bei gleicher relativer Variation nur halb so stark.