Erfahrungs- und Forschungsbericht 2012 - Ensi

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Erfahrungs- und Forschungsbericht 2012 - Ensi

Abbildung 2:

Lichtmikroskopische

Aufnahme eines

Schnitts durch einen

Brennstab. Innerhalb

der Brennstofftablette

ist die für höhere

Abbrände typische

dunkle Zone erkennbar.

Quelle: Studsvik.

aux énergies alternatives) nachvollzogen werden

konnte. Nun sollen auch Versuche mit Iod durchgeführt

werden, um Schwellenwerte der Iod-Konzentrationen

und des Brennstabinnendrucks für die Initiierung

von PCl zu ermitteln.

Während Leistungsrampen findet in den Pellets offenbar

stellenweise eine Rekristallisation, also das

Wachstum von kleinen neuen Mineralkörnern, statt.

Das Wachstum könnte an neu entstandenen Poren

initiiert werden. Zu berücksichtigen ist aber auch die

Desintegration der vorhandenen Körner. Bis jetzt ist

unklar, welchen Einfluss Additive wie Chrom auf

diese Prozesse haben. Messungen mit Laser-Ablation

und mit EPMA nach den Rampenversuchen zeigten,

dass im ganzen Pellet eine enge Korrelation zwischen

Cäsium- und Iodgehalt besteht und beide Elemente

von innen nach aussen zunehmen.

Durch Wasserstoff induziertes Hüllrohrversagen

(Hydrogen-induced failures)

Im Betrieb wird die Aussenseite der Hüllrohre, die

mit dem Kühlmittel in Kontakt ist, in einer dünnen

oberflächlichen Schicht oxidiert. Bei dieser Reaktion

wird Wasserstoff frei, der zum Teil ins Hüllrohrmaterial

hinein diffundiert. Dort kann er gelöst im

Feststoff vorliegen (solid solution), bei höherer

Konzentration aber auch Hydride bilden. In beiden

Fällen wirkt sich der Wasserstoff auf die Rissanfälligkeit

und die mechanischen Eigenschaften des

Hüllrohrs aus.

Für Versuche zum Kriechverhalten bzw. der Relaxation

des Hüllrohrmaterials unter Zugspannung

wurden Proben mit einem Wasserstoffgehalt zwischen

0 und 800 ppm verwendet. Dabei kann der

gelöste Wasserstoff eine andere Rolle spielen (fördert

Bewegung von Versatzstellen) als Hydride

(Hindernisse für Verformung), was es erschwert,

den Gesamteffekt zu erklären bzw. zu prognostizieren.

Mit steigender Spannung können Phasen

verschiedener vorherrschender Mechanismen

durchlaufen werden, die jeweils den Verformungsvorgang

(strain) dominieren. Die bisher angewendeten

Modellierungen liefern noch keine zufriedenstellenden

Vorhersagen des Kriechverhaltens.

Weitere mechanische Tests an Hüllrohren zeigten,

dass auch bei sehr langsamer Steigerung bis zu relativ

hohen Spannungen keine Relaxation stattfand.

Dieses Ergebnis ist zum Beispiel wichtig für

die Frage, wie schnell der Anfahrvorgang bei Kernkraftwerken

durchgeführt werden kann, ohne die

Hüllrohre zu schädigen.

Bedeutung des Projekts,

Beitrag zur nuklearen Sicherheit

Das Hüllrohr bildet die primäre Barriere gegen die

Freisetzung von radioaktiven Spaltprodukten in

Kernkraftwerken. Dementsprechend trägt der Erhalt

der Hüllrohr-Integrität zur Gewährleistung des

Schutzziels «Einschluss radioaktiver Stoffe» bei.

Der Projektplan von SCIP-II ist auch vor dem Hintergrund

des in den letzten Jahren gesteigerten Brennstoff-Abbrands

in den Kernkraftwerken zu sehen

(Abbildung 2). Dabei wird stärker angereicherter

Brennstoff verwendet und dieser besser ausgenutzt,

wobei die Brennelemente länger im Reaktor

verbleiben. Gleichzeitig wurden die Hüllrohr-Materialien

laufend verbessert. Das Projekt SCIP soll

dazu beitragen, mit der stärkeren Beanspruchung

der Hüllrohre zusammenhängende Sicherheitsfragen

zu klären, dies auch vor dem Hintergrund, dass

es auch in schweizerischen Anlagen vorübergehend

zu Hüllrohrschäden durch PCI gekommen ist.

Zusammen mit dem Halden Reactor Project (siehe

auch Kapitel 1.1.1) hat SCIP-II im Jahre 2012 konkrete

Beiträge für die Aufsichtstätigkeit des ENSI

geleistet. Das ENSI hat, gestützt auf Experimente zu

Kühlmittelverlust-Störfällen bei beiden Projekten,

die Betreiber der Schweizer Kernkraftwerke aufgefordert,

die Übertragbarkeit der Versuchsergebnisse

auf ihre Anlagen zu überprüfen.

Ausblick

Das Projekt verläuft bisher innerhalb des geplanten

Zeitrahmens. Im Jahr 2013 sollen die letzten Rampenversuche

sowie mechanische Tests durchgeführt

werden. Bis zum Projektende Mitte 2014

steht dann die Berichterstattung im Vordergrund.

Zudem wird Studsvik die konkrete Planung einer

weiteren Projektphase in Angriff nehmen, für die

beim Treffen im November 2012 erste interessante

Ideen präsentiert wurden.

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ENSI Erfahrungs- und Forschungsbericht 2012

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