Erkenntnisse aus den Experimenten der FOREVER-Reihe und den begleitenden Finite Elemente-Rechnungen

Für eine genauere Einordnung der Sicherheitsreserven des Reaktordruckbehälters im Falle einer Kernschmelze ist es notwendig, mögliche Versagensformen des Reaktordruckbehälters sowie Versagenszeiträume zu untersuchen. Dazu wurden und werden derzeit weltweit Versuche zum Versagen der Bodenkalotte durchgeführt, wie die amerikanischen OLHF- (OECD Lower Head Failure) oder die schwedischen FOREVER-Experimente (Failure of Reactor Vessel Retention). Am Institut für Sicherheitsforschung des Forschungszentrums Rossendorf bei Dresden wurde ein Finite-Elemente-Modell entwickelt, das sowohl die Thermofluiddynamik der Schmelze als auch die elastoplastische Mechanik des Reaktordruckbehälters modelliert. Nach der Validierung und der Anwendung dieses numerischen Modells bei der Simulation der FOREVER-Experimente führte die Analyse der Ergebnisse zur Einführung einer "Kriechstütze" und einer passiven Steuereinrichtung zur Flutung der Reaktorgrube im Falle einer Kernschmelze. Die Funktion der Kriechstütze besteht darin, die am schwersten beanspruchten Bereiche des Reaktordruckbehälters im Falle einer Kernschmelze zu entlasten und somit ein Versagen zu verhindern oder zumindest deutlich zu verzögern. Dazu werden unterhalb der Bodenkalotte des Reaktordruckbehälters sehr tragfähige Stützen in geeigneter Form angeordnet. Beide Ideen wurden erfolgreich als Patent angemeldet (vgl. "Abstützvorrichtung für Stahlbehälter" Patent DE 100 41 778 C2"Steuereinrichtung für einen Kühlkreislauf" Patent DE 100 41 779 C1). In ersten Rechnungen zur FOREVER-Anordnung wurde gezeigt, dass selbst bei einem Szenario ohne Flutung der Bodenkalotte von außen die Zeit bis zum Versagen durch die Wirkung der Kriechstütze bei gleichbleibenden Randbedingungen verdoppelt werden kann. Eine weitere Verfolgung dieses Konzepts bei bestehenden und zukünftigen Kernkraftwerken erscheint daher vielversprechend.