Optimierung der bestehenden Unfallanalysen hinsichtlich der Jodfreisetzung aus dem Reaktorkühlkreislauf unter Berücksichtigung neuer Erkenntnisse

Abstract

Die vorliegende Arbeit im Vorhaben 4719R01377 (Optimierung der bestehenden Unfallanalysen hinsichtlich der Jodfreisetzung aus dem Reaktorkühlkreislauf unter Berücksichtigung neuer Erkenntnisse (z. B. IRSN)) wurde im Rahmen des Gesamtvorhabens 4719R01370 (Untersuchungen zu sicherheitstechnischen Fragestellungen für Anlagen im Leistungsbetrieb) erstellt. Sie beinhaltet die Ertüchtigung von Analysen zu kerntechnischen Unfällen auf Basis von MELCOR-Simulationen hinsichtlich der Freisetzung gasförmigen Iods aus dem Reaktorkühlkreislauf auf Grundlage der Verwendung fortschrittlicher Module in der Rechenkette AC2 (ATHLET-CD, COCOSYS). Das Vorhaben steht dabei im Zusammenhang mit dem Vorhaben 4718R01313, welches sich mit der Iodchemie im Sicherheitsbehälter beschäftigt hat. Die Arbeiten umfassten eine ausgiebige Literaturrecherche hinsichtlich der Iodchemie innerhalb des Reaktorkühlkreislaufes und einer detaillierten Betrachtung der in ATHLET-CD gegebenen Module, die im Zusammenhang mit der Iodfreisetzung stehen (SAFT, FIPREM). Ferner sind diese Module für Analysen von Unfällen auf Basis von MELCOR Simulationen nutzbar gemacht worden. Unter Verwendung der Ergebnisse aus diesem Vorhaben, welches sich mit der Freisetzung von Iod aus dem Reaktorkühlkreislauf beschäftigt und der Ergebnisse des Vorhabens 4718R01313, ist ein integraler Vergleich zwischen der Rechenkette AC2 und MELCOR mit einem ertüchtigen Eingabedatensatz ermöglicht worden. Die Umsetzung der Nutzbarmachung ist durch zwei Methoden durchgeführt worden, welche als "direkte" und "phänomenologische" Umsetzung bezeichnet werden. Im ersteren Fall ist eine ATHLET-CD-Simulation durchgeführt worden, deren Ergebnisse in ein Tabellenwerk (Freisetzung von Iodspezies, abgelagerte Nachzerfallsleistung etc.) in MELCOR eingegeben worden sind, welche dann mit Radionuklidquellen das AC2-Ergebnis in die MELCOR-Simulation eingebracht haben. Die zweite Umsetzung impliziert die Durchführung von ATHLET-CD-Simulationen unter Variation relevanter Parameter. In der Analyse der freigesetzten Iodspezies konnten Korrelationen zwischen der Freisetzung in den Sicherheitsbehälter und messbaren Größen wie gemitteter Dampftemperatur im oberen Plenum erkannt werden. Diese Korrelationen sind in MELCOR als Funktion eingegeben worden, die mit Radionuklidquellen verknüpft worden sind. Der integrale Vergleich zwischen ertüchtigter MELCOR-Simulation und AC2-Vergleichssimulation zeigt signifikante Unterschiede, so dass eine Verwendung lediglich unter genauer Betrachtung der thermohydraulischen Bedingungen möglich ist, welche ähnlich zu sein haben. Für eine Betrachtung der Bandbreite der Freisetzung gasförmiger Iodspezies aus dem Reaktorkühlkreislauf sind die in diesem Vorhaben gewonnenen Erkenntnisse sehr nützlich. The work in this project with the denotation 4719R01377 (Optimierung der bestehenden Unfallanalysen hinsichtlich der Jodfreisetzung aus dem Reaktorkühlkreislauf unter Berücksichtigung neuer Erkenntnisse (z. B. IRSN), Optimisation of the Given Severe Accident Analyses Regarding the Iodine Release from the Reactor Coolant System Considering new Realisations (e.g. from IRSN)) has been conducted in the context of the project denoted as 4719R01370 (Untersuchungen zu sicherheitstechnischen Fragestellungen für Anlagen im Leistungsbetrieb, Analyses of Subjects Concerning the Nuclear Safety in Full Power Operation). The subject of this project is the improvement of analyses of severe accidents in nuclear power plants based on MELCOR simulations regarding the release of gaseous iodine from the reactor cooling system using sophisticated modules in the simulation code framework AC2 (ATHLET-CD, COCOSYS). This project is associated with the project 4718R01313 which treats the iodine chemistry in the containment. The work comprises an exhaustive literature research with respect to the iodine chemistry inside the reactor cooling system and a detailed inspection of the modules given in ATHLET-CD corresponding to the iodine release (SAFT, FIPREM). Moreover, these modues were being utilised for analyses based on simulations performed with MELCOR. Using the results of this project treating the iodine release from the reactor cooling system and the results from the project 4718R01313, an integral comparison between the code AC2 and MELCOR with an improved input deck was performed. The mentioned utilisation was realised by two different methods denoted as "direct" and "phenomenological" realisations. For the direct realisation a ATHLET-CD simulation was performed whose results were recorded in a table framework (release of iodine species, deposited decay power etc.) in MELCOR which in turn was connected to radionuclide sources. Correspondinly, the results from the AC2 simulation were implemented in the MELCOR simulation. The second realisation implies the performance of a spectrum of simulations with ATHLET-CD using varied parameters relevant to the iodine chemistry. During the analysis of the released iodine species, correlations between the release into the containment and measurable quantities such as averaged steam temperature inside the upper plenum could be recognised. These correlations were implemented in a MELCOR input deck as a control funcion block connected to radionuclide sources. The integral comparison between the improved MELCOR simulation and the AC2 simulation shows significant differences so that an application has to be done with great care regarding the thermohydraulic conditions which have to be comparable. The results from the variation simulations are very useful for an estimation of the bandwidth of the release of gaseous iodine specied.