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Institut für Energie- und Klimaforschung
Nukleare Entsorgung und Reaktorsicherheit (IEK-6)

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Aerosolverhalten bei schweren Störfällen

- Förderkennzeichen 1501454 -

BMWi

Übersicht
Am 01.04.2013 startete das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie geförderte Vorhaben „Aerosolverhalten bei schweren Störfällen“ (Förderkennzeichen 1501454). Unter Leitung des Lehrstuhls für Reaktorsicherheit und -technik an der RWTH Aachen beteiligt sich das IEK-6, Bereich Reaktorsicherheit, Abteilung Containmentphänomene und –prozesse an diesem Projekt.


Aerosolverhalten allgemein
Eines der wesentlichen Ziele der Reaktorsicherheitsforschung besteht darin, die Auswirkungen schwerer Störfälle auf die Umgebung zu minimieren. Durch die Schädigung der Brennstäbe, wie sie z. B. im Verlauf eines Kühlmittelverluststörfalls auftreten kann, fällt eine wichtige Barriere der Rückhaltung von Spaltprodukten aus. Ein signifikanter Teil dieser Spaltprodukte und auch der Aktivierungsprodukte kann das Containment erreichen und stellt dort in Form von Aerosolen einen bedeutenden Anteil des radioaktiven Inventars. Diese atmosphärengetragenen Aerosole im Containment bilden – bis auf die Edelgase – den radioaktiven Quellterm für die Umwelt. Einmal in die Umweltatmosphäre entwichen, lagern sich die Aerosole mit der Zeit ab und führen zu einer langfristigen Landkontamination. Beispiele hierfür sind die Umgebungen von Tschernobyl sowie Fukushima, in denen die Folgen schwerer Störfälle bis heute deutlich sichtbar und messbar sind.
Da ein Großteil der freigesetzten Spalt- und Aktivierungsprodukte in Form von Aerosolen vorliegt, ist die Kenntnis ihres Verhaltens und die daraus abgeleitete Modellierung zwingend notwendig, um den radiologischen Quellterm realitätsnah bestimmen zu können.
Abhängig vom Störfallszenario und den Phasen eines Störfalls sind Aerosole verschiedenartigen Phänomenen und Prozessen unterworfen. Wenn auch primär die räumliche und zeitliche Verteilung des atmosphärisch vorliegenden Aerosols von Interesse ist, so ist diese eben nicht isoliert, sondern nur in der ganzheitlichen Betrachtung mit Wandeffekten und vor allem auch unter Einbeziehung der erfahrungsgemäß oft dominierenden Wasserphase interpretierbar. Belastbares Wissen über die Bildung, den Transport sowie die Ablagerung und ggf. die Wiederfreisetzung bzw. allgemein das Verhalten von Aerosolen sind der Schlüssel zur Minimierung der Folgen schwerer Störfälle für die Umwelt.


Projektinhalt
Um das Verhalten der Aerosole in Reaktorkühlkreislauf und Containment zu verstehen, ihre Verteilung und Konzentration zu berechnen und ihre Auswirkungen auf die Umgebung zu minimieren, werden seit Jahrzehnten größere Forschungsanstrengungen im nationalen wie internationalen Rahmen durchgeführt. Darauf aufbauend wird im Rahmen dieses Vorhabens die Wechselwirkungen zwischen Brandaerosolen und Kernschmelzaerosolen und das Aerosolauswaschen in einer Wasservorlage (Pool Scrubbing) vertieft untersucht.
Die Kenntnis über das Störfall-/Brandaerosol-Gemisch ist von zentraler Bedeutung, um die Rückhaltung in Störfallfiltern, aber noch mehr im Falle eines schweren Störfalls in den Filtern des Lüftungssystems zu bewerten.
Pool Scrubbing – also das Auswaschen von Aerosolen in einer Wasservorlage – ist gleich mehrfach von Bedeutung: Von diesem Prozess wird in vielen Störfällen, vor allem in Siedewasserreaktoren, Kredit genommen, die Ergebnisse der vorliegenden Simulationsmodelle können nicht mit den Messungen in Fukushima in Einklang gebracht werden und die Reaktoren der Generation III+, die bereits jetzt und mittelfristig gebaut werden, verfügen alle über großvolumige Wassertanks, in denen der heiße Dampf im Falle eines schweren Störfalls kondensieren und ein erheblicher Teil der in den Reaktorkühlkreislauf freigesetzten Spaltprodukte zurückgehalten werden soll.


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