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Kühlkreislauf

Kühlkreislauf

Bild: GRSDer Kühlkreislauf hat im Normalbetrieb eines Kernkraftwerks die Aufgabe, den von Brennstäben erzeugten Wasserdampf zur Turbine zu transportieren, um dort elektrischen Strom zu produzieren. Die technische Ausführung des Kühlkreislaufs variiert abhängig vom Reaktortyp. Im Druckwasserreaktor gibt es jeweils einen Primär- und einen Sekundärkreislauf, im Siedewasserreaktor jeweils einen Kreislauf. Von diesen Kreisläufen gibt es je nach Reaktorleistung bis zu vier Schleifen. Im anomalen Betrieb oder im Störfall haben die Kühlkreisläufe die wichtige Aufgabe, die bei der Kernspaltung erzeugte Wärme sicher abzuführen und somit eine Überhitzung des Reaktorkerns zu verhindern.

Die GRS führt Sicherheitsanalysen für verschiedene angenommene Ereignisse und den daraus folgenden Abläufen durch, wie

  • den anomalen Betrieb,
  • Störfälle ohne und mit Bruch einer Hauptkühlmittelleitung,
  • Störfälle mit unterstelltem Ausfall der Reaktorschnellabschaltung und
  • Mehrfachversagen von Sicherheitseinrichtungen, die zu schweren Kernschäden führen können.

Diese Vorgänge werden in Experimentalanlagen untersucht und ausgewertet. Die Experimentalanlagen sind Nachbildungen entweder des gesamten Kühlkreislaufsystems oder einzelner Komponenten, meistens in kleinerem Maßstab als in der Reaktoranlage. Die Berechnung des Ereignisablaufs im Experiment, die Übertragung der Ergebnisse und die Simulation der Vorgänge im Kühlkreislauf eines Kernkraftwerks geschehen mit Hilfe von Rechenprogrammen.

Simulationsprogramme für Vorgänge in Kühlkreisläufen
Das Entwickeln und Validieren der thermohydraulischen Rechenprogramme − wie z.B. ATHLET, ATHLET-CD, CFX-ANSYS − ist ein wesentlicher Arbeitsschwerpunkt des Kompetenzfeldes Kühlkreislauf. Mit den validierten Programmen werden verschiedene Ereignisse und Ereignisabläufe in den Kühlkreisläufen eines Kernkraftwerks berechnet. Vorgegebene Grenzwerte dürfen dabei nicht überschritten werden. Die Aussagesicherheit der mit den Rechenprogrammen erzielten Ergebnisse wird in sogenannten Unsicherheitsanalysen bestimmt.
Die Rechenprogramme der GRS sind zum Teil miteinander gekoppelt − auch mit Programmen aus anderen Kompetenzfeldern sowie anderer in- und ausländischer Organisationen.

Störfallanalyse zu sicherheitstechnischen Fragen
Ein weiterer Schwerpunkt in der Sicherheitsforschung zum Kühlkreislauf besteht in Störfallanalysen mit speziellen sicherheitstechnischen Fragen. Ein breites Spektrum von hypothetischen Störfällen wird berechnet, um zu überprüfen, ob diese Auslegungsstörfälle von der Reaktoranlage sicher beherrscht werden. Für auslegungsüberschreitende Störfälle werden mit Hilfe der Simulationsrechnungen Maßnahmen des Notfallschutzes zur Vermeidung schwerer Kernschäden und zur Minderung der Unfallfolgen untersucht.

Bildquelle: GRS