A Safety Analysis for a Core Catcher Concept in Case of a Hypothetical Severe Accident of an 875 MWth Helium Cooled Fast Breeder Reactor

摘要

A hypothetical case has been considered in which the core of a 875 MWth, Helium cooled fast breeder reactor is totally molten-down. A "core catcher concept" with a sacrificial steel-bed is suggested which should encapsulate the core melt in a safe way. Its thermal performance is surveyed through a CFD-analysis. The simulation was performed using the volume of fluid (VOF) and phase change models within the FLUENT CFD-code. The heat source within the two phase melt (steel and UO_2) was considered as a function of the reactor thermal power, the time that the reactor has been operating under normal conditions, and the time after shut-down. Three options have been considered, with bottom-cooling using the RNG k-ε and the standard-k-ε turbulence models and without bottom-cooling using standard k-ε turbulence model. In all considered cases it was found that the suggested core catcher concept matches the safety requirements. Using SCALE-code on the basis of CFD-simulation results criticality analyses were performed in addition to ensure if the situation in the core catcher can be considered as sub-critical from neutron-physical point of view. The results showed a sub-critical condition all through in core catcher.%In einem hypothetischen Fall wird angenommen, dass der Kern eines heliumgekühlten schnellen Brüters von 875 MWth Leistung völlig niedergeschmolzen ist. Ein Corecatcherkonzept wird vorgeschlagen, in dem ein Opferstahlbett die Kernschmelze sicher aufnimmt. Sein thermisches Verhalten wird in einer CFD-Analyse ermittelt. Die Simulation wurde mit Hilfe des Flüssigkeitsvolumen- (VOF) und des Phasenän-derungsmodells im Rahmen des CFD-Codes FLUENT durchgeführt. Die Wärmequelle in der Zweiphasenschmelze (Stahl und UO_2) wurde in Abhängigkeit von der thermischen Reaktorleistung, der Zeit, in der der Reaktor im Normalbetrieb gelaufen war und der Zeit nach der Abschaltung betrachtet. Drei Möglichkeiten wurden behandelt: mit Bodenkühlung unter Verwendung des RNG-k- und des Standard-k-Turbulenzmodells sowie ohne Bodenkühlung unter Verwendung des Standard-k-Turbulenzmodells. In allen betrachteten Fällen erfüllte das vorgeschlagene Konzept eines Corecatchers die Sicherheitsanforderungen. Zusätzlich wurden mit Hilfe des Codes SCALE auf der Grundlage von Ergebnissen von CFD-Simulationen Kritikalitätsanalysen durchgeführt, um festzustellen, ob die Situation im Corecatcher neutronenphysikalisch als unterkritisch angesehen werden kann. Die Ergebnisse zeigten durchweg unterkritische Verhältnisse im Corecatcher.