Ausgewählte Forschungsresultate des Bereichs „Kernenergie und Sicherheit“

Sicherer Betrieb der Leichtwasser-Reaktoren, Langzeitbetrieb

Fünf Beiträge befassen sich mit der Phänomenologie der Sicherheit des Betriebs der Leichtwasserreaktoren oder deren Langzeitbetrieb.

Der Beitrag „Nanotech für Schweizer Siedewasserreaktoren zum Schutz vor Spannungsrisskorrossion“ befasst sich mit der Optimierung der Platin-Einspeiserate in das Kühlwasser von Siedewasserreaktoren. Mittels Platin-Einspeisung, einem neuen , von der Industrie patentierten Verfahren (Edelmetalltechnologie „NobleChem“^TM), können die Metallstrukturen der druckführenden Primärkreislaufkomponenten ohne die Nebeneffekte der klassischen Wasserstoffchemiefahrweise vor Risskorrosion geschützt werden: Die Pt-Nanoteilchen wirken katalytisch, sodass deshalb nur noch geringe Wasserstoffkonzentrationen zur Reduktion des Korrosionspotentials an den Stahloberflächen notwendig sind. Die Untersuchungen des NES führten zur Feststellung der Abhängigkeit der Grösse der Pt-Nano-Teilchen von der Einspeiserate: Kleinere Teilchen ergeben höhere Oberflächen, sodass kleinere Einspeiseraten einen verbesserten Effekt versprechen. Diese Erkenntnis wurde bereits in den beiden Kernkraftwerken Leibstadt (KKL) und Mühleberg (KKM) umgesetzt.

Mit dem Beitrag “Deterministische und probabilistische Integritätsanalyse von Reaktordruckbehältern unter Thermoschockbelastung“ wird die analytische Methodik zur Bewertung der Folgen eines Thermoschocks auf das Druckgefäss dargestellt. Dafür werden thermohydraulische und thermomechanische Methoden eingesetzt, die in eine kohärente Gesamtanalyse integriert werden müssen. Dabei wurden deterministische und probabilistische Ansätze benutzt. Letztere geben auch Auskunft über den Einfluss der Streuung der wesentlichen Einflussparameter (Materialeigenschaften, Rissgeometrie, -grösse, -orientierung und –ort, Belastung, etc.) und ermöglichen Aussagen zur Genauigkeit des Resultates. Diese Expertise ist für die Sicherheitsbewertung alternder Kernkraftwerke von grosser Bedeutung.

Eine interessante Entwicklung der Messtechnik im Hotlabor beschreibt eine Verbesserung der Auswertemethodik, die für die Untersuchungen zur Pt-Einspeisung („Nanotech für Schweizer Siedewasserreaktoren zum Schutz vor Spannungsrisskorrossion“) wichtig ist.

Unfallverhalten

Für die Quantifizierung von Risiko-Profilen von Reaktorsystemen werden üblicherweise die klassischen Methoden der PSA verwendet. Beim Vergleich des klassischen PSA-Ansatzes mit dem moderneren Vorgehen der dynamischen Ereignisbäume zeigt sich im Beitrag „Assessing safety margins in Medium Loss of Coolant Accidents using dynamic-probabilistic modelling“ dass durch die neue Vorgehensweise in den untersuchten Fällen (Kühlmittelverlust-Unfälle mit mittleren Bruchgrössen) wichtige Konservatismen identifiziert werden können; die Konservatismen rühren von den beim klassischen Vorgehen (PSA) verwendeten „einhüllenden“ Szenarien her. Für die Zukunft verspricht das neue Vorgehen auch eine genauere Erfassung von Rechenunsicherheiten in komplizierten Ereignisabläufen, was für die quantitative Erfassung von Sicherheitsmargen von grosser Bedeutung sein wird.

Mit der Teilnahme an der internationalen (OECD) „Benchmark Study of the Accident at the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station (BSAF) – Phase 2“ beteiligt sich der NES an der Aufklärung der Unfallabläufe in den drei Fukushima Reaktoren 1, 2, und 3. So konnte für den Unfallablauf des Reaktors 3 insbesondere die Herkunft des zur Explosion führenden Wasserstoff auf Grund der vielen durchgeführten Simulationen geklärt werden: Infolge von Überdruck im Primärcontainment wurde der Containment-Deckel angehoben und verursachte die Leckage. Die bereits angelaufene Phase 2 dieser Benchmark-Studie verlängert den Zeitbereich der Simulationen auf 3 Wochen, erweitert den Umfang der Berechnung der Wasserstoffproduktion und betrachtet auch die Freisetzung und den Transport der radioaktiven Spaltprodukte.