Simulation experiments on the spreading behaviour of core melts: KATS-6 (1-dim spreading of a low superheated iron melt into a dry channel)

Simulationsexperimente zum Ausbreitungsverhalten von Kernschmelzen: KATS-6
Für zukünftige Leichtwasserreaktor-Kraftwerke werden spezielle Einbauten (Kernfänger) erforderlich sein, um das Containment-Versagen infolge von Erosion des Fundamentes bei einem Kernschmelzunfall zu verhindern. Die geschmolzenen Kernmassen sollen möglichst schnell in einen festen Zustand übergeführt werden, um die Freisetzung von radioaktivem Material zu reduzieren. Einige der vorgeschlagenen Kernfängerkonzepte beruhen auf dem Prinzip, die geschmolzenen Kernmassen auf ebenen Flächen zu verteilen und anschließend mit Wasser zu kühlen.
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Es wurde deshalb eine Serie von Experimenten durchgeführt, um das Ausbreiten von Schmelzen mit hoher Temperatur auf ebenen Flächen zu untersuchen. Dabei wurde als Simulationsmaterial eine Thermitschmelze aus Aluminiumoxid und Eisen verwendet. Die oxidischen und metallischen Komponenten werden dabei getrennt und auf verschiedene Ausbreitungsflächen geleitet. Der Einfluß niedriger Wasserschichten auf den Flächen auf den Ausbreitungsprozeß wurde ebenfalls untersucht.
In KATS-6 war die Ausbreitung einer oxidischen und metallischen Schmelze bei niedriger Überhitzung in eindimensionale trockene Kanäle geplant. Wie sich bei der Durchführung des Tests herausstellte, war die Überhitzungstemperatur der oxidischen Schmelze von weniger als 100 K bereits so niedrig, daß sich eine relativ starke Kruste im Bereich des Fensters ausbildete. Beim Öffnen des Fensters zur Ausbreitungsfläche trat die Schmelze nicht aus dem Behälter aus. Im Gegensatz dazu breitete sich die Eisenschmelze, welche etwa 200 K überhitzt war, in den trockenen Kanal aus wie eine stark überhitzte Schmelze.

In future Light Water Reactors special devices (core catchers) might be required to prevent containment failure by basement erosion after reactor pressure vessel meltthrough during a core meltdown accident. Quick freezing of the molten core masses is desirable to reduce release of radioactivity. Several concepts of core catcher devices have been proposed based on the spreading of corium melt onto flat surfaces with subsequent water cooling.
Therefore a series of experiments to investigate high temperature melt spreading on flat surfaces has been carried out using alumina-iron thermite melts as a simulant. ... mehrThe oxidic and metallic phases of the melt are separated and spread on different surfaces. The influence of a shallow water layer on the surface onto the spreading behaviour has also been studied.
In KATS-6 the spreading of an oxidic and metallic melt at low superheat temperatures into one-dimensional dry channels have been planned. During conduct of the experiment it turned out that for the oxidic melt a superheating temperature of less than 100 K was already such low that a relatively strong crust formed near the gate inside the container. Therefore the oxidic melt did not spread when the gate opened to the spreading channel. The spreading of the iron melt, which had a superheat temperature of 200 K did not vary much compared to a higly superheat melt.