(GRS-692) ACTOFAN Sicherheitstechnische Entwicklungen und Analysen zu ”Accident-tolerant Fuels“

Das vorliegende Vorhaben beschäftigt sich mit den sicherheitstechnisch relevanten Eigenschaften unterschiedlicher Konzepte der sogenannten Accident-tolerant Fuels (ATF). Als ATF bezeichnet man alternative Kernbrennstoffe bzw. Brennstoffkonzepte, die im Vergleich zum bisherigen Standardsystem von Urandioxid und Zircaloy das Verhalten des Kerns unter Störfallbedingungen vor allem im Hinblick auf dessen Kühlbarkeit verbessern, oder Karenzzeiten für das Wiederherstellen der Notkühlung verlängern bzw. den Verlust der Kühlung im Kern für einen beträchtlich längeren Zeitraum tolerieren können, ohne eine signifikante Menge Wasserstoff zu erzeugen.

In einem ersten Schritt des Vorhabens wurden durch eine Literaturrecherche die aktuell verfolgten, unterschiedlichen ATF-Konzepte recherchiert, und soweit möglich sicherheitstechnisch bewertet. Während viele dieser Konzepte bislang lediglich im Labormaßstab vorliegen oder erst auf längere Sicht von großtechnischer Bedeutung sein können, zeigte sich, dass Chrom-beschichtete Zircaloy-basierte Hüllrohre sowie Hüllrohre aus einer Eisen-Chrom-Aluminium-Legierung (FeCrAl) sich bereits relativ nahe an der Einsatzreife befinden.

In einem zweiten Schritt wurde der GRS Brennstabcode TESPA-ROD erweitert und ertüchtigt, um diese beiden Hüllrohrmaterialien beschreiben und sicherheitstechnisch bewerten zu können. Insbesondere im Falle des FeCrAl waren dazu umfangreiche, tiefgreifende Eingriffe im Quellcode erforderlich, da es sich hier im Gegensatz zum Chrom-beschichteten Zircaloy um ein komplett unterschiedliches Material gegenüber Zircaloy handelt. Hier mussten zahlreiche zugrunde liegende Modelle und Parameterräume entsprechend angepasst werden. Im Zuge der Erweiterung wurde auch die Benutzeroberfläche von TESPA-ROD erweitert und umstrukturiert.

Drittens wurden internationale Aktivitäten auf dem Gebiet der ATF aktiv verfolgt und begleitet. Dazu gehört die Beteiligung an dem Topical Opinion Paper on Accident-tolerant Fuels (TOPATF) der OECD-NEA ebenso wie die Teilnahme an verschiedenen Fachkonferenzen und Workshops zum Thema ATF. Eine weitere Beteiligung ist die Teilnahme an dem NEA Framework for Irradiation Experiments (FIDES) Joint Experimental Programme In-pile Creep Studies of ATF Claddings (INCA). Weiterhin wurde die Grundlage für eine künftige Teilnahme der GRS an dem IAEA Coordinated Research Project ATF-TS gelegt.