STAUB-II

Prof. Dr.-Ing. habil. Antonio Hurtado
Dr.-Ing. habil. Wolfgang Lippmann

• Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf
• RWTH Aachen

In Kugelhaufen-Hochtemperaturreaktoren (HTR) besteht der Reaktorkern aus einer großen Anzahl sphärischer Brennelemente aus Graphit. Während des Betriebes bewegen sich die Kugeln von der Oberseite zur Unterseite der Schüttung. Durch diese Gesamtbewegung innerhalb der Kugelschüttung sind Relativbewegungen zwischen Brennelementen und Graphitreflektor sowie auch den Brennelementen untereinander unausweichlich. Durch diesen langsamen und kontinuierlichen Prozess kommt es zur Bildung von Graphitstaub. Zusätzlich können kohlenstoffhaltige Partikel durch chemische Reaktionen entstehen und dispergiert im Kühlmedium Helium den Primärkreis durchlaufen. Durch schwere Unfälle wie einem Druckentlastungsstörfall kann radioaktiv kontaminierter Staub remobilisiert werden. Damit dieser nicht in das Confinement gelangt, sind Rückhaltesysteme, wie beispielsweise Filter zu entwickeln.


In diesem Projekt wurden zwei Hochtemperaturprüfstände für Helium entwickelt, gebaut und betrieben, die den Transport von Graphitstaub unter ähnlichen Bedingungen wie im Primärkühlkreislauf von Hochtemperaturreaktoren simulieren sollen. Die Kurzzeiteffekte des Transportes, der Deposition und der Remobilisierung (siehe Bildmaterial unten) sollen hierbei an der Versuchsanlage DRESDEN-TUBE untersucht werden, während die Langzeiteffekte der Haftung und der thermochemischen Interaktion zwischen den Graphitpartikeln und der Oberfläche der Probe in der Versuchsanlage DRESDEN-TANK untersucht werden sollen.
Ziel ist die Entwicklung von Rechenmodellen für den Graphitstaubtransport im Primärkreis, die dann beispielsweise in der numerischen Strömungssimulation verwendet werden können. Mittels dieser CFD-Rechnungen lassen sich schließlich Rückschlüsse auf den möglichen Austritt von kontaminierten Staub ziehen und aus den daraus gewonnenen Erkenntnissen Rückhaltesysteme entwickeln.

Für die Versuche stehen verschiedene Messtechniken zur Verfügung. Das laserbasierte Particle Image Velocimetry (PIV) ermöglicht eine direkte Vermessung der Strömungsphänomene und ist so konzipiert das makroskopischen Vorgänge beobachtet werden können. Zusätzlich wird die Rayleigh Thermographie zur Vermessung der Temperaturfelder im Messbereich herangezogen. Zur Ermittlung des Schichtaufbaus über die Versuchszeit wird das Lasertriangulationsverfahren und ein Lasermikroskop angewandt. Weitere Zustandsgrößen wie Temperatur und Druck sind über entsprechende Instrumente abgedeckt.



Die Versuchsanlage DRESDEN-TUBE
Die Versuchsanlage DRESDEN-TANK