Sicherheit der Nasslager für abgebrannte Brennelemente: Experimentelle Analyse, Modellbildung und Validierung für System- und CFD-Codes (SINABEL)
Hintergrund
Das Nasslagerbecken dient als Zwischenlager für abgebrannte Brennelemente sowie für Brennelemente während laufender Arbeiten im Reaktordruckbehälter. Im Falle eines länger anhaltenden Stromausfalls oder einer Leckage in der Beckenstruktur kann die Abfuhr der Nachzerfallswärme möglicherweise nicht ununterbrochen gewährleistet werden, was zu einem Ausdampfen des im Becken befindlichen Wasser sowie einer Erhitzung der Brennstäbe bis hin zu kritischen Temperaturen führen kann.
Projekt
Im Rahmen des Verbundprojekts SINABEL werden die thermohydraulischen Prozesse während des Ausdampfvorgangs von Wasser im Lagerbecken experimentell untersucht sowie modelliert. Dabei soll ein besseres Verständnis der zugrundeliegenden Wärmetransportmechanismen und Einzeleffekte erlangt werden. Weiterhin sollen die Ergebnisse zur Abschätzung des zeitlichen Verlaufs von Wasserfüllstand und der Staboberflächentemperaturen infolge eines Störfalls dienen. Dazu wird ein Brennelement eines Siedewasser-Reaktors in den Originaldimensionen durch ein Bündel elektrisch beheizter Stäbe nachgebildet (Versuchsanlage ALADIN). Zur Generierung experimenteller Daten kann zum Teil kommerziell verfügbare Messtechnik eingesetzt werden. Unter den gegebenen Randbedingungen hoher Temperaturen sowie eingeschränkter optischer und mechanischer Zugänglichkeit und der Anforderung an örtlicher Auflösung ist für die Messung der Gasphasengeschwindigkeiten in den Unterkanälen keine adäquate Instrumentierung verfügbar. Das Ziel des Teilprojektes ist die Entwicklung eines Messsystems zur Untersuchung der Gasgeschwindigkeiten und -temperaturen in den Unterkanälen des Modellbrennelements während des Ausdampfvorgangs.
Ergebnisse
Für die Messung der Dampftemperaturen und Dampfgeschwindigkeiten im ausdampfenden Brennelement unter störfalltypischen Bedingungen wurde ein spezieller Thermoanemometrie-Gittersensors (TAGS) entwickelt. Dieser besteht aus einer Vielzahl matrixförmig angeordneter Platin-Widerstandsthemometer. Durch Variation der angelegten Spannung können in sequentieller Reihenfolge die Gasphasengeschwindigkeit und –temperatur über die Methoden der thermische Anemometrie bzw. des Widerstandsthermometers bestimmt werden.
Mithilfe des TAGS konnten an der ALADIN – Anlage für die Störfallszenarien eines ausdampfenden bzw. entleerten Lagerbecken und den entsprechenden Anlagenkonfiguration der konvektive Transport von Wärme aus den beheizten Stäbe durch aufsteigenden Dampf bzw. durch eine zirkulierende Luftströmung gezeigt werden.
Partner
- Technische Universität Dresden, Fakultät Maschinenwesen, Institut für Energietechnik, Professur für Wasserstoff- und Kernenergietechnik
- Technische Universität Dresden, Fakultät Maschinenwesen, Institut für Strömungsmechanik
- Hochschule Zittau-Görlitz, Institut für Prozeßtechnik, Prozeßautomatisierung und Meßtechnik
- Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, Institut für Fluiddynamik
Danksagung
Diese Arbeit ist Teil des Verbundprojektes SINABEL und wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung unter dem Kennzeichen 02NUK027E gefördert. Die Verantwortung für den Inhalt liegt beim Autor.
Publikationen
- Arlit, M.; Schleicher, E.; Hampel, U.
Thermal anemometry grid sensor for spatially-resolved measurement of gas phase temperature and velocity in fuel element subchannels
17th International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal Hydraulics (NURETH-17), 03.-08.09.2017, Xi´an, China - M. Arlit, E. Schleicher, U. Hampel
Thermal anemometry grid sensor
Sensors 17(2017), 1663 - Arlit, M.; Partmann, C.; Schleicher, E.; Schuster, C.; Hurtado, A.; Hampel, U.
Instrumentation for Experiments on a Fuel Element Mock-Up for the study of Thermal Hydraulics for Loss of Cooling or Coolant Scenarios in Spent Fuel Pools
Nuclear Engineering and Design (2018), DOI:10.1016/j.nucengdes.2017.06.034 - Arlit, M.; Partmann, C.; Schleicher, E.; Schuster, C.; Hurtado, A.; Hampel, U.
Instrumentation for experiments on a fuel element mock-up for the study of thermal hydraulics for loss of cooling or coolant scenarios in spent fuel pools
SWINTH-2016 (Specialists Workshop on Advanced Instrumentation and Measurement Techniques for Nuclear Reactor Thermal Hydraulics), 15.-17.06.2016, Livorno, Italia - Arlit, M.; Partmann, C.; Schleicher, E.; Hampel, U.
Spatially resolved measurement of gas phase temperature and velocity in the subchannels of a fuel element during dry-out
NURETH-16 - 16th International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermalhydraulics, 30.08.-04.09.2015, Chicago, USA
