Experimentelle Untersuchungen zu einem passiven

Experimentelle Untersuchungen zu einem passiven
Reaktorabschaltsystem
Dipl.-Ing. S. Jung, Otto-von-Guericke-Universität, Magdeburg / Deutschland; Prof. U.
Hauptmanns, Dipl.-Ing. D. Gabel, M. Sc. Franziska Reich
Zur Absicherung von Reaktoren gegen das Durchgehen einer exothermen Reaktion
werden im Allgemeinen aktive Sicherheitssysteme eingesetzt. Deren Zuverlässigkeit
lässt sich durch Steigerung des Redundanzgrades erhöhen, was aber durch das
Auftreten von Ausfällen aus gemeinsamer Ursache begrenzt ist. Zur weiteren
Erhöhung
der
Verfügbarkeiten
von
Abschaltsystemen
bieten
sich
passive
Sicherheitssysteme an, welche ohne Energie und Informationsfluss von außen
arbeiten. Hierbei lässt sich eine besonders hohe Zuverlässigkeit erzielen, wenn das
passive Abschaltsystem den reaktionsbedingten Druckaufbau zum Aktivieren der
Kühlung nutzt. Das Prinzip dieses Systems besteht darin, dass der Reaktor mit
einem Notkühlsystem, bestehend aus einem Kühlelement und einem Kühlmitteltank,
versehen ist, das durch eine Berstscheibe vom Reaktorinhalt getrennt ist. Im
Normalbetrieb wird die exotherme Reaktion durch kontinuierliches Rühren und eine
Mantelkühlung kontrolliert. Kommt es jedoch infolge eines Störfalls zum Durchgehen
der Reaktion und folglich zu einem Temperatur- und Druckanstieg, so birst die
Berstscheibe
bei
Erreichen
des
Ansprechdrucks.
Durch
Druckenergie
und
Schwerkraft wird der Inhalt des Notkühlmitteltanks durch das Kühlelement getrieben,
und es erfolgt eine sofortige Kühlung des Reaktorinhalts. Gleichzeitig erhöht sich das
Volumen, das für die gasförmigen Reaktionsprodukte und/oder den durch
Verdampfung entstehenden Dampf verfügbar ist; eine teilweise Druckentlastung
erfolgt. Durch die Kühlung und die Druckabnahme, wird die chemische Reaktion
gehemmt und somit ihr Durchgehen verhindert.
Experimentelle Untersuchung
An einem selbst entwickelten Laborsystem wird im Experiment untersucht, wie sich
die Variation unterschiedlicher Parameter auf das Verhalten der Reaktion auswirkt.
Folgende Einflussfaktoren werden untersucht:
-
Art des Wärmetauschers
-
Ansprechdruck des Notkühlsystems
-
Verhältnis von Reaktionsenergie und Kühlmittelvorlage
Die Ergebnisse werden vorgetragen und interpretiert.
Ausblick
Die Experimente erlauben den Nachweis der Tauglichkeit des Systems zur Kontrolle
durchgehender exothermer Reaktionen und bieten die Möglichkeit zur Optimierung
der Anlage. Dabei dienen die gewonnenen experimentellen Ergebnisse auch der
Validierung eines in der Entwicklung befindlichen Simulationssystems, das eine
Aussage über Anwendbarkeit des passiven Abschaltsystems in anderen Druck- und
Temperaturbereichen, sowie zur Möglichkeit des Upscaling erlaubt.

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