(GRS-609) Brennstabverhalten im Betrieb und bei Störfällen

F. Boldt, H.-G. Sonnenburg

Der Bericht enthält eine detaillierte Beschreibung der wesentlichen Arbeiten und Ergebnisse für den Zeitraum von Projektbeginn am 1. August 2017 bis 30. September 2020 im Vorhaben RS1557 „Brennstabverhalten im Betrieb und bei Störfällen“. Ausführlich dargestellt werden erzielte Zwischenergebnisse und aktuelle Arbeiten.

Die Modelle des Brennstabcodes TESPA-ROD wurden für die Vorhersage von Reaktivitätstransienten überprüft. Es zeigen sich Unterschiede im transienten Brennstoffschwellen von MOX-Pellets gegenüber UO2-Pellets. Anhand von Versuchen an dem CABRI-Reaktor konnten die Materialmodelle in TESPA-ROD für MOX-Brennstoff erweitert und verbessert werden.

Für die Analyse von Kühlmittelverluststörfällen wurde das Fragmentierungspotential von Pellets unter Abbränden > 60 GWd/t SM untersucht. Es wurde ein Schüttbettkühlungsmodell in TESPA-ROD implementiert, womit eine Bewertung der Kühlbarkeit eines postulierten Schüttbetts auf einem Abstandshalter zwischen geborstenen Brennstäben möglich wird. Die Menge ausgetretenem Brennstoff wird bisher abgeschätzt und eine Quantifizierung derselbigen steht aus.

Durch den Anstieg volatiler Stromerzeugung wird der Lastfolgebetrieb für Kernkraftwerke häufiger. Die hierbei entstehenden Lasten, wie z. B. lastabhängige Verformung von Pellets, können bisher nur bedingt abgebildet werden. Durch die Einführung einer axialen Mehrzonen-Modellierung wird es dem Brennstabprogramm möglich, detaillierte Spannungsüberhöhungen über die Pellethöhe zu betrachten. Hierbei zeigt sich eine starke Beeinflussung durch die Modelle der radialen Verlagerung von Brennstoff, wobei es zu deutlichen Verformungen des Hüllrohrs an den Pelletübergängen durch die lastabhängige Pelletverformung kommt.

Durch die Weiterentwicklung des Brennstabcodes TESPA-ROD befindet sich das Programm auf dem Stand von Wissenschaft und Technik, so wird es ermöglicht, TESPA-ROD als Werkzeug für eine ganzheitliche Sicherheitsanalyse anzuwenden. Neben der praktizierten Anwendung für die Kernschadenumfangsanalyse kann es für die Analyse verschiedener Auslegungsstörfälle und Lastrampen genutzt werden.