Analysen zum Neutronenflussrauschen mit Hilfe des Rechenprogramms DYN3D - Abschlußbericht -


Analysen zum Neutronenflussrauschen mit Hilfe des Rechenprogramms DYN3D - Abschlußbericht -

Rohde, U.; Bilodid, Y.

In Computersimulationen wurden Schwankungen der Kühlmitteltemperatur (KMT) am Kerneintritt und des Kühlmittelmassenstromes als mögliche Ursache für erhöhtes Neutronenflussrauschen in Druckwasserreaktoren untersucht. Das Ziel ist die Vermeidung von Neutronenflußschwankungen in einer Größenordnung, die zu einer unbeabsichtigten Auslösung von Signalen zur Reaktorschnellabschaltungführen können.
Als Simulationstool wurde dafür der Rossendorfer Reaktordynamikcode DYN3D eingesetzt. Es wurden transiente Rechnungen mit verschiedenen aufgeprägten Randbedingungen für die Kühlmitteleintrittstemperatur oder den Kühlmittelmassenstrom durchgeführt, in denen dreidimensional die zeitlich variierenden lokalen linearen Stableistungen berechnet wurden. Diese lokalen linearen Stableistungen werden als In-Core-Detektorsignale interpretiert. Dabei wurden zunächst harmonische Oszillationen, dann auch stochastische Fluktuationen der lokalen Kühlmitteleintrittstemperatur oder des Massenstroms betrachtet, die zwischen den einzelnen Brennelementen oder Bereichen des Reaktorkerns auf unterschiedliche Weise korreliert sein können. Mittels Fast Fourier Transformation (FFT) wurden Übertragungsfunktionen zwischen Temperaturstörung und Responsesignal (lokale lineare Stableistung) ermittelt und ausgewertet.
Um den Einfluss von unterkühltem Sieden des Kühlmittels und der Wärmeleitung im Brennstab zu klären, wurden Variantenrechnungen mit verstärktem unterkühltem Sieden sowie mit verändertem Wärmedurchgangskoeffizienten im Gasspalt zwischen Brennstoff und Hülle durchgeführt. Unterkühltes Sieden wurde durch eine Reduzierung des Massenstroms bzw. Erhöhung der Eintrittstemperatur generiert. Weiterhin wurden für einen Referenzfall Untersuchungen zum Einfluss der numerischen Diffusion durchgeführt.
Der größte Teil der Rechnungen wurde für eine generische Kernbeladung eines DWR vom Typ Konvoi durchgeführt. Teilweise wurden auch konkrete, reaktor- und zyklusspezifische thermohydraulische Randbedingungen sowie neutronenphysikalische Wirkungsquerschnitte (WQS) benutzt, um quantitativ belastbare Aussagen zu erhalten.
Die Ergebnisse der DYN3D-Simulationen zum können wie folgt zusammengefasst werden:

  • Stochastische, unkorrelierte Schwankungen der KMT am Eintritt in die einzelnen Brennelemente (BE) führen bei realistischer Amplitude nur zu sehr kleinen Schwankungen in der Leistungsdichte, die für eie eventuelle unbeabsichtigte Auslösung eines Signals zur Reaktorschnellabschaltung nicht relevant sind.
  • Stochastische Temperaturschwankungen mit Korrelationen zwischen den BE (z. B. bedingt durch Schwankungen der Kaltstrangtemperaturen) können Leistungsdichteschwankungen mit relevanten Amplituden generieren (je nach Grad der Korrelation).
  • Schwankungen der Leistungsdichte, die durch Schwankungen der Eintrittstemperatur oder durch Massenstromschwankungen hervorgerufen werden, zeigen ein deutlich unterschiedliches Signalverhalten.
  • Unterkühltes Sieden und Variation des WÜ im Gasspalt Brennstoff-Hülle haben nur geringen Einfluss auf das Neutronenflussrauschen.
Aufgrund dieser Ergebnisse können Temperaturschwankungen als Ursache für überhöhtes Neutronenrauschen praktisch ausgeschlossen werden.

Keywords: neutronic noise; temperature fluctuations; statistical analysis; transfer functions; reactor dynamics simulations

  • Article, self-published (no contribution to HZDR-Annual report)
    Forschungszentrum Rossendorf 2014
    HZDR\FWO\2014\02
    46 Seiten
    ISSN: 2191-8708, eISSN: 2191-8716

Permalink: https://www.hzdr.de/publications/Publ-19792
Publ.-Id: 19792