The LIVE-L1 and LIVE-L3 experiments on melt behaviour in RPV lower head

Die Experimente LIVE-L1 und LIVE-L3 zum Schmelzenverhalten im unteren Plenum des RDB
Der Ablauf eines hypothetischen Kernschmelzunfalls in einem Reaktordruckbehälter (RDB) eines Druckwasserreaktors (DWR) beinhaltet eine große Anzahl komplexer physikalischer und chemischer Phänomene. Um das Verständnis über mögliche Ablaufszenarien von Kernschmelzunfällen bezüglich Kernzerstörung zu verbessern, wurde im September 2002 das LACOMERA Projekt am Forschungszentrum Karlsruhe gestartet. Das Ziel des Projektes war die Untersuchung von komplexen Prozessen während der Schmelzenseebildung und Verlagerung im RDB, Schmelzenausbreitung in die Reaktorgrube und Kernschmelze-Betonwechselwirkung und -Kühlung. ... mehrDas LACOMERA Projekt mit einer Laufzeit von 4 Jahren war Bestandteil des 5. Rahmenprogramms der EU und eröffnete Forschungseinrichtungen der EU Mitgliedsländer und deren angegliederten Staaten den Zugang zu vier Großversuchsanlagen QUENCH, LIVE, DISCO und COMET am Forschungszentrum Karlsruhe.
Innerhalb des LIVE Versuchsprogramms wurden zwei Versuche (LIVE-L1 und LIVE-L2) des LACOMERA Projekts durchgeführt. Das Experiment LIVE-L1 ist Bestandteil dieses Berichts und wurde in Kooperation mit der Technischen Universität Sofia, Bulgarien und dem Kernkraftwerk Kozloduy NPP, Bulgarien geplant und durchgeführt.
Das Hauptziel des LIVE Programms ist es, das Verhalten der Kernschmelze während der späten Phase der Kernzerstörung und –Verlagerung im RDB sowohl experimentell in großem 3-dimensionalen Maßstab und in begleitenden Einzeleffektuntersuchungen als auch analytisch mit CFD Codes zu untersuchen. Dadurch soll eine bessere Einschätzung der Bandbreite der verbleibenden Unsicherheiten unter dem Aspekt der Sicherheitsbewertung ermöglicht werden.
Die Experimente LIVE-L1 und LIVE-L3 untersuchen das Verhalten eines Schmelzensees und einer Schmelzenkruste mit Luftzirkulation an der äußeren Behälterwand des RDB mit nachfolgender Außenflutung des unteren Plenums. Die Anfangs- und Randbedingungen in beiden Versuchen waren bis auf die Eingussposition der Schmelze in den Versuchsbehälter fast identisch. In LIVE-L1 wurde die Schmelze zentral und in LIVE-L3 am Rand in den Versuchsbehälter eingegossen. Die aus den Experimenten gewonnenen Informationen beinhal-ten Wärmestromverteilungen durch die Wand des RDB in transienten und stationären Versuchsphasen, Krustenwachstumsgeschwindigkeit und die Abhängigkeit der Krustenbildung von der Wärmestromverteilung. Detaillierte Nachuntersuchungen tragen außerdem zur Charakterisierung von Erstarrungsprozessen von nicht-eutektischen Schmelzen bei.
Die experimentellen Ergebnisse sollen weiterhin zur Entwicklung von mechanistischen Modellen verwendet werden, die das Schmelzenseeverhalten im Kern beschreiben sollen und dann in Systemcodes zur Analyse von schweren Störfällen wie z.B. ASTEC implementiert werden sollen.
Der vorliegende Bericht fasst die Ziele des LIVE Versuchsprogramms zusammen und präsentiert die wichtigen Ergebnisse der Experimente LIVE-L1 und LIVE-L3.

The sequence of a postulated core melt down accident in the reactor pressure vessel (RPV) of a pressurised water reactor (PWR) involves a large number of complex physical and chemical phenomena. To improve the understanding of possible scenarios of core melt down accidents with core degradation, melt pool formation and relocation in the RPV, possible melt dispersion to the reactor cavity and finally corium concrete interaction and corium coolability in the reactor cavity, the LACOMERA project at the Forschungszentrum Karlsruhe was started in September 2002. The LACOMERA project was a four year action within the 5th Framework programme of the EU and offered research institutions from the EU member Countries and Associated States access to the four large-scale experimental facilities QUENCH, LIVE, DISCO and COMET at the Forschungszentrum Karlsruhe.
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Within the LIVE experimental programme two experiments (LIVE-L1 and LIVE-L2) have been performed within the LACOMERA project. The experiment LIVE-L1 is part of this report and was planned and performed in close co-operation with the Technical University Sofia, Bul-garia and the Kozloduy NPP, Bulgaria.
The main objective of the LIVE program is to study the core melt phenomena during the late phase of core melt progression in the RPV both experimentally in large-scale 3D geometry and in supporting separate-effects tests, and analytically using CFD codes in order to provide a reasonable estimate of the remaining uncertainty band under the aspect of safety assess-ment.
The experiments LIVE-L1 and LIVE-L3 are aimed at investigating the melt pool and crust behaviour during the stages of air circulation at the outer RPV surface with subsequent flood-ing of the lower head. The initial and boundary conditions in both tests were almost the same except of the pouring position of the melt into the test vessel. In LIVE-L1 the melt was poured in central position and in LIVE-L3 the melt was poured near to the wall of the test vessel. The information obtained in these experiments includes heat flux distribution through the RPV wall in transient and steady state conditions, crust growth velocity and dependence of the crust formation on the heat flux distribution. Supporting post-test analysis contributes to the characterization of solidification processes of binary non-eutectic melts.
The experimental results are being used for the development of mechanistic models to de-scribe the in-core molten pool behaviour, which should then be implemented in severe acci-dent codes like ASTEC.
The present report summarizes the objectives of the LIVE program and presents the main results obtained in the experiments LIVE-L1 and LIVE-L3.