Kernverhalten

Das Verhalten des Reaktorkerns und seiner Komponenten während des bestimmungsgemäßen Betriebes, aber auch unter Stör- und Unfallbedingungen sicherheitstechnisch zu analysieren, bildet eines der großen Arbeitsgebiete der Reaktorsicherheitsforschung [1]der GRS. Im Fachgebiet Kernverhalten arbeiten die Wissenschaftler an folgenden Aufgaben:

•    Bereitstellung nuklearer Daten zur sicherheitstechnischen Analyse des Kern- und Brennelementverhaltens
•    Sicherheitstechnische Analyse neuer Betriebsweisen von Leichtwasserreaktoren (z.B. die Bewertung von Optimierungsmaßnahmen, Erhöhung von Leistung und Abbrand, Einsatz von MOX-Brennstoffen und Einsatz neuer, korrosionsfester Hüllrohrwerkstoffe etc.)
•    Erarbeitung neuer Rechenmethoden, um den erhöhten Anforderungen an Genauigkeit und Aussagesicherheit gerecht zu werden
•    Untersuchung der Sicherheitskonzepte neuer, fortschrittlicher Reaktorbaulinien wie z.B. von Generation-III-Reaktortypen, aber auch von GEN-IV-Konzepten
•    systematische Erfassung von Unsicherheiten und Sensitivitäten in nuklearen Berechnungssystemen

Anstöße für die Arbeiten in diesen Bereichen ergeben sich aus den Betriebserfahrungen in deutschen und ausländischen Anlagen. Aber auch aus nationalen und internationalen Benchmarks und Kooperationen auf diesen Gebieten resultieren neue Forschungsaktivitäten.
Das Fachgebiet Kernverhalten gliedert sich in folgende, eng untereinander verzahnte Themen:
•     neutronenphysikalische Modellierung stationärer und zeitabhängiger Phänomene,
•     sicherheitstechnische Bewertung der Kernauslegung,
•     thermisches und mechanisches Brennstabverhalten und
•     Kritikalitätsanalysen.

Simulationsprogramme zum Kernverhalten
Die GRS entwickelt, validiert und nutzt Programme und Rechencodes, mit denen Fragestellungen rund um das Brennstab- und Kernverhalten analysiert und begutachtet werden können.Zum Beispiel werden Modelle zur Bestimmung des Kritikalitätsverhaltens entwickelt. Durch die Kopplung von thermohydraulischen Systemcodes mit 3-D-Kernmodellen werden Rechenprogramme für die Analyse von Transienten und Störfällen (z.B. für Reaktivitäts- oder Kühlmittelverluststörfälle) bereitgestellt. Mit den gekoppelten Rechencodes kann das vollständige Anlagenverhalten unter normalen Bedingungen und während Störfällen sehr genau simuliert werden.

Die Programme werden von der GRS bei der Unterstützung der Bundesaufsicht über die Kernkraftwerke eingesetzt. Die Ergebnisse bilden die Grundlage für die Bewertung der Kernauslegung von Reaktoren auch im Hinblick auf weitere Erhöhungen von Leistung und Abbrand sowie für die Bewertung neuerer Hüllrohrwerkstoffe. Die Programme werden auch Forschungseinrichtungen, Universitäten und den Technischen Überwachungsvereinen für Forschung und Begutachtung zur Verfügung gestellt.