Partikelentstehung und -transport im Kern von Druckwasserbehältern; Thermo- und fluiddynamische Mechanismen

Allgemeine Informationen

Projektnummer	61005202
Projekttitel laut Förderbescheid	Partikelentstehung und -transport im Kern von Druckwasserbehältern; Thermo- und fluiddynamische Mechanismen
Akronym	Partikel IV-II
Projektlaufzeit	01.04.2014 - 31.12.2014
Forschungsschwerpunkt	Energie und Umwelt
Projektkategorie	Forschung
Zuordnung
Kompetenzfeld	Energie und Umwelt
Grundeinheit	Institut für Prozesstechnik, Prozessautomatisierung und Messtechnik

Inhaltliche Projektbeschreibung

Im Rahmen der Reaktorsicherheitsforschung des BMWi erfolgten im Vorhaben 1501431 experimentelle und methodische Untersuchungen für die systematische Klärung physiko-chemischer Mechanismen und deren Auswirkungen auf thermo-fluiddynamische Prozesse, welche während des Sumpfumwälzbetriebs nach Kühlmittelverluststörfällen (KMV) ablaufen können, wenn in boriertem Kühlmittel (KM) gelöstes Zink, das durch Korrosion feuerverzinkter Bauteile im KM entsteht, in Kernbereiche höherer Temperatur (Hot-Spots) gelangt. Die Projektarbeiten tragen generischen Charakter und bauen auf Ergebnissen der Projekte 150 1360 bzw. 150 1363 auf und wurden in enger Zusammenarbeit mit dem Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) (Projekt 150 1430) durchgeführt.

Die Untersuchungen im halbtechnischen Maßstab bestätigten die Ergebnisse des Projektes 150 1430, d.h. die physiko-chemischen Mechanismen und den Temperatureinfluss. Gleichzeitig wurden Auswirkungen dieser Prozesse auf das thermo-fluiddynamische Verhalten in beheizten Druckwasserreaktor (DWR)-typischen Zirkaloy-Heizstab-konfigurationen (3×3) mit Abstandshaltern (AH) bzw. AH-Segmenten erfasst. Im Fokus der Untersuchungen stand dabei das Verhalten derart zusammengesetzter Fluide an beheizten Konfigurationen, die im Kern von DWR auftreten können. Bei der Aufheizung des Zn-haltigen KM in solchen Heizstabkonfigurationen traten zunächst Trübungen durch Kolloidbildung auf, gefolgt von Ausscheidungen partikelförmiger fester Korrosionsprodukte (Zink-Borate), die in Abhängigkeit der Fluid- bzw. Staboberflächentemperatur einen in den Kühlkanälen mobilisierbaren oder auf der Hüllrohroberfläche schichtbildenden Charakter zeigten. Die Ausscheidungen bildeten sowohl Ablagerungen an den Heizstäben als auch an den AH und bewirkten Änderungen des Wärmetransports vom Stab ans Fluid, Differenzdruck-aufbau über AH und Strömungsumverteilungen. Weiterhin erfolgten eine Quantifizierung der entstandenen festen Korrosionsproduktmengen und eine Charakterisierung der gebildeten Partikel. Im Anschluss wurden die Untersuchungen auf eine 16×16 Stabkonfiguration (davon 8×8 beheizt) erweitert.

Zusammenfassend können anhand der Untersuchungsergebnisse fundierte Aussagen zum Löslichkeitsverhalten von Zink in borsäurehaltigem KM sowie zur Bildung fester Korrosionsprodukte und den daraus folgenden Auswirkungen getroffen werden. Neben schichtbildenden Anlagerungs- und Partikelfreisetzungsprozessen wurden in den Experi-menten weitere Effekte wie z. B. das Ausgasen von im KM gelöster Luft und lokales unterkühltes Sieden beobachtet, welche zu einer Mobilisierung fester Produkte beitragen bzw. diese Mechanismen verstärken können.

Untersuchungen zur Kinetik der Bildung von gelöstem Zink durch Korrosion von verzinkten Einbauten im Sicherheitsbehälter waren nicht Projektgegenstand, weshalb eine direkte quantitative Übertragbarkeit der Ergebnisse auf postulierte KMV in DWR derzeit nicht gegeben ist.

Weitere Daten

• Ansprechpartner

  • Herr Prof. Wolfgang Kästner (Projektleitung)
  • Herr Sören Alt
  • Herr Steffen Härtelt
  • Frau Miriam Hölker
  • Herr Dr. Stefan Kittan
  • Herr Matthias Pfeiffer
  • Herr Dr. Stefan Renger
  • Herr Dr. André Seeliger
  • Herr Dr. Michael Wagenknecht
  • Herr Frank Zacharias

• Fördermittelgeber

  • 1501468 - BMWi/GRS
  
  
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• Finanzierung

  • 226.892,00 €