Das Forschungszentrum Jülich - d-nb, Archivserver DEPOSIT.D-NB ...

B - Programmstruktur
Der Programmanteil der Jülicher Forschung konzentriert sich im Bereich "Sicherheitsforschung für
Kernreaktoren" auf die Verbesserung der Sicherheit bestehender Reaktoren, z.B.
Entwicklungsarbeiten zu optimierten Wasserstoff-Rekombinatoren in Leichtwasserreaktoren. Im
Bereich "Sicherheitsforschung für die nukleare Abfallentsorgung" werden 3 Themenkomplexe
bearbeitet: Charakterisierung und Verfestigung von radioaktiven Abfällen, Reduzierung der
Radiotoxizität von hochradioaktiven Abfällen sowie die Langzeitsicherheit bei der Endlagerung von
bestrahlten Brennelementen aus Hochtemperatur- und aus Forschungsreaktoren. In der
Strahlenschutzforschung werden anwendungsbezogene, aus dem Umgang mit radioaktiven Stoffen
abgeleitete Themen zur Verbesserung der Dosimetrie, der Messanalytik und der radiologischen
Bewertung bearbeitet.
C - Programmergebnisse
1.4.1 Sicherheitsforschung für Kernreaktoren
(1a) Untersuchung schwerer Störfallphänomene
Das Arbeitsprogramm des ISR befasst sich mit Sicherheitsfragen zu katalytischen Rekombinatoren,
die in den Sicherheitsbehältern von Leichtwasserreaktoren (LWR) zur Beseitigung von
störfallbedingten Wasserstofffreisetzungen eingesetzt werden. Die experimentellen und
theoretischen Untersuchungen haben zum Ziel, ein vertieftes Verständnis der physikalischen und
chemischen Prozesse in katalytischen Rekombinatoren, z.B. die Reaktionskinetik, die Abbauleistung
oder das thermische Verhalten betreffend, zu erarbeiten. Die Ergebnisse dienen damit nicht zuletzt
der Optimierung heutiger und zukünftiger Sicherheitskonzepte.
Ein wichtiges Thema ist die Untersuchung von Zündungsphänomenen in Rekombinatoren, ausgelöst
durch die Überhitzung der Katalysatorelemente infolge der exothermen Reaktion. In neuen
Experimenten in der Versuchsanlage REKO-3 wurden alternative Katalysatorbeschichtungen genauer
untersucht. Eine Erweiterung der Versuchsanlage ermöglicht nun die Messung der
Gaszusammensetzung innerhalb der Rekombinationseinheit. Die Ergebnisse liefern aufschlussreiche
Systemdaten, die im Simulationsprogramm REKO-DIREKT in die numerische Beschreibung der
Reaktionskinetik einfließen. Die Entwicklung des Programms REKO-DIREKT liefert die Grundlage für
ein vereinfachtes Rekombinatormodell, das in den im Forschungszentrum Karlsruhe entwickelten
Containmentcode GASFLOW implementiert werden soll.
Das ISR ist seit dem Frühjahr 2004 mit seiner Expertise zu katalytischen Wasserstoffrekombinatoren
im Rahmen des 6. EU Forschungsrahmenprogramms in den Exzellenznetzwerken SARNET (Severe
Accident Research NETwork) und HySafe (Safety of Hydrogen as Energy Carrier) vertreten.
(1b) Untersuchung von auslegungs- und auslegungsüberschreitenden Störfallabläufen
Um eine Behandlung extremer Reaktivitätstransienten bei Reaktoren und sonstigen
kerntechnischen Einrichtungen, die deutlich über heute im Genehmigungsverfahren angenommene
Störungen hinausgehen möglich zu machen, wurde das notwendige Instrumentarium
(Computerprogramme DYN3D, WIMS, SCALE) an vorliegende Aufgabenstellungen angepasst und an
bekannten Ergebnissen bestehender Reaktoren validiert. So konnten alle wesentlichen
sicherheitsrelevanten Parameter einer Konvoi-Anlage wie z.B. sämtliche temperaturabhängige
Reaktivitätskoeffizienten, Stabwirksamkeiten, kritische Borsäurekonzentrationen, Heißkanalfaktoren,
maximale Brennstoff- und Hüllrohrtemperaturen mit dem nunmehr etablierten Programmsystem mit
sehr guter Übereinstimmung bestimmt werden.
Es wurden ergänzend mit Hilfe eines speziellen punktkinetischen Modells Parameter ermittelt, die bei
extremen Exkursionen zu berücksichtigen sind, um deren Einfluss vorab zu verdeutlichen. Dies sind
u.a. Höhe der Störfallreaktivität, Geschwindigkeit des Reaktivitätseintrags, Größe der negativen
Rückkopplungskoeffizienten, Neutronenlebensdauer, Wärmespeicherung im Brennstoff,
85