Folgen der Korrosion feuerverzinkter Komponenten im Containment eines Druckwasserreaktors nach einem Kühlmittelverluststörfall

Bei einem Kühlmittelverluststörfall eines Druckwasserreaktors wird in der Anfangsphase die Freisetzung von Bruchstücken des Isolationsmaterials postuliert, die zu Ablagerungen an den Sumpfansaugsieben führen. Neben diesem physikalischen Vorgang, der durch die Strömungsdynamik beeinflusst wird, laufen im nachfolgenden Sumpfumwälzbetrieb Korrosionsprozesse von verzinkten Einbauten mit unterschiedlicher Intensität ab. Durch strömungsinduzierte Korrosion mit dem borsäurehaltigen Kühlmittel wird der schützende Zinküberzug im Leckstrahlbereich lokal sehr schnell aufgelöst und die sich bildenden Rostprodukte können die Notkühlung durch Einlagerung in die Faserablagerungen bis hin zur Verblockung erheblich stören. Die als Gegenmaßnahme vorgesehene Rückspülung beseitigt zwar dieses Problem. Jedoch werden im weiteren Verlauf durch Korrosion relativ großer verzinkter Flächen im borsäurehaltigen Kühlmittel bei ca. 50 °C im Reaktorsumpf höhere Konzentrationen an gelöstem Zink erreicht. An den durch die Nachzerfallswärme aufgeheizten Brennelementen im Kern des Reaktors können sich Ablagerungen an Hüllrohren bzw. Abstandshaltern bilden, die die Kernkühlung in der Spätphase beeinträchtigen.
Experimente mit Zn-haltigen Borsäurelösungen in einem Batch-Reaktor zeigen, dass dieser Effekt nicht auf einem schnellen Ausdampfen des Wassers an sehr heißen Oberflächen beruht, sondern durch eine Abnahme der Löslichkeit von Zinkborat mit steigender Temperatur verursacht wird, die auch bei niedrigen Aufheizraten zu beobachten ist.
Zur Untersuchung der an einem einzelnen Brennstab auftretenden Effekte wurde eine Laborversuchsanlage mit einem elektrisch beheizten Heizelementmodul (DWR-Hüllrohr) errichtet, bei der die Vorgänge der Zn-Auflösung, Zn-Korrosionsprodukt-Abscheidung und Temperierung durch getrennte Kreisläufe entkoppelt sind. Die elektrische Leistung des Heizelements wurde vergleichbar mit einem Brennstab nach der Schnellabschaltung des Reaktors gewählt und der Temperaturgradient über das Heizelement durch die Flussrate im Ringraum zwischen Heizelement und Glasohr realisiert, wobei die Flächen von Ringraum und Heißkanal eines Brennelements vergleichbar sind. Die Hauptmenge der mobilen partikelförmigen Produkte wird mit einem Filter abgeschieden, während die am Heizelement anhaftenden Abscheidungen nach Demontage zugänglich sind. Die Aufheizbedingungen der Zn-haltigen Lösung beeinflussen nicht nur die Menge der gebildeten festen Zn-Korrosionsprodukte sondern auch deren Art. Dabei können verschiedene Zn-borate entstehen, die sich im Zn:B-Verhältnis, in der Abgabetemperatur und dem Gehalt des Wassers, in den Raman-Spektren und auch in ihrem Wiederauflöseverhalten bei niedrigerer Temperatur unterscheiden.