Untersuchungen zu den Ursachen gemessener Neutronenfluss-Schwankungsmuster in Druckwasserreaktoren – NEUS

Abstract

In deutschen Druckwasserreaktoren und verwandten Anlagen in anderen Ländern wurden etwa ab dem Jahr 2000 Perioden zyklusübergreifende Änderungen der Magnituden der Neutronenfluss-Schwankungen verzeichnet, woraufhin etwa ab dem Jahr 2010 vermehrt Untersuchungen von Forschungsinstitutionen, Kraftwerksbetreibern und Kerntechnik-Herstellern zur Ursachenklärung angestellt wurden, wie unter anderem durch die deutsche Reaktor-Sicherheitskommission gefordert ([1, 2]). Zum Startzeitpunkt (01. März 2019) des dem vorliegenden Dokument zugrundeliegenden Projektes NEUS lag die Hypothese vor, dass synchronisierte Schwingungen großer Teile des Brennelemente-Kollektivs für die beobachteten dominanten Korrelationen der Neutronenfluss-Schwankungen und dass Variationen der Brennelemente-Parameter, die durch Design-Anpassungen bedingt sein können, die verzeichneten Änderungen der Schwankungsamplituden bedingen. Die Hauptziele des Projektes NEUS waren, weitere Beiträge zum Verständnis der aufgetretenen Änderungen der Neutronenfluss-Schwankungsamplituden zu leisten und insbesondere die genannte Hypothese der synchronisierten Brennelemente-Schwingungen mittels reaktorphysikalischer Simulationen sowie zusätzlicher Messdatenerfassung und -auswertung zu testen. Zu diesem Zweck fanden Literatur-Recherchen, Zusatzmessungen im Kraftwerk, Datenanalysen, dynamische Simulationen des Brennelemente-Verbandes, Erstellung von Wirkungsquerschnittsdaten-Bibliotheken und Berechnungen des Neutronentransports auf Reaktorkernebene mittels deterministischer und probabilistischer Methoden statt. Die durchgeführten Untersuchungen bestätigen, dass der Mechanismus synchronisierter Brennelemente-Schwingungen die beobachteten dominanten Neutronenfluss-Schwankungsmuster und auch die zyklus-übergreifende sowie zyklus-interne Änderung der Schwankungsamplituden erklären können. Die ausgehend von den Arbeiten für deutsche Druckwasserreaktoren in generischer Weise für den EPR erstellten Simulationen zeigen, dass auch bei diesem Reaktortyp die bekannten Neutronenfluss-Schwankungsphänomene auftreten könnten. Dennoch stehen sowohl für die bestehenden Anlagen deutscher Bauart als auch die des Typs EPR experimentelle Beweise der Hypothese aus.