Erfahrungs- und Forschungsbericht 2012 - Ensi

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Erfahrungs- und Forschungsbericht 2012 - Ensi

fallende Kondensatmenge im Sumpf berechnet

werden.

1.5.3 LINX - Dynamik dünner Flüssigkeitsfilme

in einer Umgebung mit Kondensation

und Wiederverdampfung

Auftragnehmer: Paul Scherrer Institut PSI

ENSI-Projektbegleiter: Werner Barten

Bericht der Forscher in Anhang A

Einleitung

Am Labor für Thermohydraulik des Paul Scherrer

Instituts werden Experimente zur Thermohydraulik

des Sicherheitsbehälters (Containment) mit hoher

Genauigkeit und Auflösung durchgeführt und mit

Rechenprogrammen simuliert. Im Projekt LINX wird

das dynamische Verhalten von dünnen Flüssigkeitsfilmen

auf einer beheizten vertikalen Oberfläche in

einer Wasserdampfatmosphäre untersucht. Darüber

hinaus werden die Auswirkungen des räumlich

und zeitlich veränderlichen Flüssigkeitsfilms auf die

Effizienz des Wärmeübergangs betrachtet. Dazu

werden Versuche in einem Druckbehälter durchgeführt,

der auf 10 bar ausgelegt ist. Aus den gemessenen

Daten soll ein verbessertes physikalisches

Modell für Simulationsprogramme des Sicherheitsbehälters

(Containment-Codes wie ASTEC oder

GOTHIC) entwickelt werden. Neben dem ENSI fördert

das französische Institut de Radioprotection et

de Sûreté Nucléaire (IRSN) diese Arbeiten. Die ETH

Zürich beaufsichtigt das mit dem Projekt LINX zusammenhängende

Doktorandenprogramm und

stellt einen Teil der experimentellen Infrastruktur

für spezifische Messungen zur Verfügung. LINX ist

Teil des in diesem Jahr neu lancierten Programms

«Containment Safety» am PSI.

Projektziele des Berichtjahres und

deren Umsetzung

Der Doktorand hat in seinem zweiten Jahr am Aufbau

der Experimente gearbeitet. Die Konzepte der

Regel- und Messtechnik für die hochpräzisen Messungen

von Temperatur, Schichtdicke und Wasserfluss

auf einer ebenen vertikalen Platte im Druckbehälter

sind erstellt. Die Apparaturen werden derzeit

schrittweise in Gang gesetzt und für den Einbau in

den Druckbehälter vorbereitet. Die vertikale Platte

ist konstruiert und Teile davon wurden erstellt (Abbildung

12).

Sowohl für die Messung der Temperatur als auch

der Dicke der Flüssigkeitsschicht werden innovative

optische Methoden im Infrarotbereich verwendet.

Diese Methoden haben den grossen Vorteil, dass

sie nur unwesentlich in das Experiment eingreifen.

Es wurden zwei Infrarotkameras neu angeschafft,

welche diese beiden Parameter gleichzeitig zweidimensional

messen können, und an der ETH Zürich

getestet. Die Schichtdickenmessung basiert vornehmlich

auf dem Effekt der Absorption im nahen

Infrarotbereich (Near InfraRed NIR), während die

Temperaturmessung den mittleren Infrarotbereich

verwendet. Die Schichtdickenmessung wurde

durch Vergleich mit Widerstandsmessungen aufgeklebter

Maschensensoren kalibriert. Die optischen

Messtechniken wurden unter Normaldruck und

-temperatur auf Strömungen in Form von Rinnsalen

(rivulets) als auch für Flüssigkeitsfilme mit

wellenförmigen Oberflächen (wavy flow) angewandt.

Es zeigte sich, dass das Strömungsverhalten

wie erwartet sehr stark von der Oberflächenbeschaffenheit

abhängt. Die weitere Validerung der

Messmethoden erfolgt über Messungen der Dicke

des Flüssigkeitsfilms mittels kalter Neutronen an

der ICON-Anlage (Imaging with Cold Neutrons) des

PSI.

Die sorgfältigen Tests und Vorbereitungen der Apparaturen

und Messinstrumente sind Voraussetzungen

für die kommende Messkampagne im

Druckbehälter unter hochpräzisen Randbedingungen,

z. B. für die Geometrie der Oberfläche und

die Temperatur der vertikalen Platte sowie des Gesamtmassenstroms

des Flüssigkeitsfilms.

Bedeutung des Projekts,

Beitrag zur nuklearen Sicherheit

Während Störfällen in einem Leichtwasserreaktor

können auf den Oberflächen des Containments

Wasserfilme kondensieren, sich bewegen und anschliessend

wieder verdampfen. Diese physikalischen

Phänomene sind relevant für die Sicherheit

der Anlage. Sie beeinflussen unter anderem den

Druck und die Temperatur im Containment sowie

die Verteilung und den Transport der Gase (Luft,

Dampf, Wasserstoff) und der Radioisotope innerhalb

der verschiedenen Abschnitte im Containment.

Der Druck, die Temperatur und die Gasverteilung

sind entscheidend für die Beurteilung der

Integrität des Containments und eine allfällige Freisetzung

von radioaktiven Stoffen (Quellterm).

Derzeit sind die mit der Wärme- und Massenbilanz

zusammenhängenden Prozesse in einem sich bewegenden

Flüssigkeitsfilm auf einer Oberfläche in

den meisten Rechencodes für Leichtwasserreaktoren

nur unzureichend abgebildet. Dies betrifft

neben den Codes wie ASTEC und GOTHIC, die ef-

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