Verifikation des ATHLET-Rechenprogrammes anhand der Nachanalyse zweier Experimente an der CCTF-Versuchsanlage

Im Rahmen der externen Validierung des von der Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit entwickelten Störfallcodes ATHLET, der in der Version Mod 1.2 Cycle C vorlag, wurden zwei Experimente nachgerechnet und analysiert, die an der japanischen Versuchsanlage CCTF durchgeführt wurden.
Die Versuchsanlage CCTF ist ein 1:25 volumenskaliertes Modell eines 1000 MW Druckwasserreaktors. Bei den Experimenten handelt es sich um die Versuche C2-04/62 und C2-19/79, in denen jeweils ein 2F-Bruch im kalten Strang mit kaltseitiger bzw. kombinierter Notkühleinspeisung simuliert wurde. Die Versuchsanlage wurde so ausgelegt, daß die Wiederfüll- bzw. Wiederflutphase bei Druckwasserreaktor-Störfällen mit großem Leck simuliert werden kann.
Die Auswertung der Rechnungen zeigt, daß die wesentlichen Phänomene im Verlauf der Transiente gut wiedergegeben werden. Das betrifft vor allem das zeitliche Verhalten der Wiederbenetzungsfront und die damit verbundene Kühlung der Brennelemente. Wie eine Analyse der experimentellen Daten zeigt, spielen im Reaktorkern radiale Effekte eine wesentliche Rolle. In der CCTF Anlage wird sowohl eine axiale als auch eine radiale Leistungsverteilung im Kern simuliert. Radiale Effekte treten insbesondere bei der kombinierten Notkühleinspeisung auf. Hier wird die Einspeisung über das Obere Plenum durch den in Gegenrichtung strömenden Dampf teilweise behindert. Die Wiederbenetzungsfront schreitet in den Randbereichen schneller voran als im Zentrum. Dieses Verhalten wurde in den ATHLET-Rechnungen durch eine Zweikanal-Modellierung des Reaktorkerns nachgebildet. Die Ergebnisse der ATHLET Rechnungen zeigen sowohl für das Zentrum als auch für die Randbereiche des Kerns eine gute Übereinstimmung mit den experimentellen Daten.
Die Schwachstellen der Rechnungen liegen vor allem bei der Notkühleinspeisung in der Anfangsphase der Transiente. Hier wird kaltes Notkühlwasser in Volumina mit reinem Dampf eingespeist. Die Rechnungen liefern dabei zu hohe Kondensationsraten, welche mit einer unrealistischen Druckabsenkung verbunden sind. Desweiteren wird der Druckaufbau durch die Verdampfung beim Wiederbenetzen der Brennelemente offensichtlich unterschätzt.
Die Ergebnisse der Rechnungen zeigen darüberhinaus, daß die sicherheitsrelevanten Aussagen der Experimente durch den Code ATHLET reproduziert werden.