Was ist natürliche Zirkulation in der Reaktortechnik – Definition

Natürliche Zirkulation in der Reaktortechnik

In der Reaktortechnik ist die natürliche Zirkulation ein sehr erwünschtes Phänomen, da sie die Reaktorkernkühlung nach dem Verlust von RCPs (z. B. nach dem Verlust von Offsite-Leistung – LOOP) bereitstellen kann. In DWR stellt Anlagen einen Höhenunterschied , h , von etwa 12 Metern zwischen der Mittellinie des Dampfgenerators und der Mittellinie des Reaktorkerns . Die Anordnung des Systems muss eine natürliche Zirkulationsfähigkeit nach einem Strömungsverlust gewährleisten, um eine Abkühlung ohne Überhitzung des Kerns zu ermöglichen. Darüber hinaus sind die Verbindungsleitungen vom Reaktordruckbehälterzu den Dampferzeugern muss intakt sein, frei von Hindernissen wie nicht kondensierbaren Gasen (zB Dampftaschen). Auf diese Weise wird durch die natürliche Zirkulation sichergestellt, dass die Flüssigkeit weiter fließt, solange der Reaktor heißer als der Kühlkörper ist, auch wenn die Pumpen nicht mit Strom versorgt werden können.

RCPs sind in der Regel keine „Sicherheitssysteme“ im Sinne der Definition. Nach dem Verlust von RCPs (z. B. nach Ausfall der externen Stromversorgung – LOOP) muss der Reaktor sofort heruntergefahren werden, da die RCPs langsam bis zur Durchflussrate Null auslaufen. Eine ausreichende und sichere Restwärmeabfuhr wird dann durch einen natürlichen Zirkulationsstrom durch den Reaktor gewährleistet . Ohne Zwangsströmung beginnt sich das Kühlmittel im Kern zu erwärmen. Die Erhöhung der Kühlmitteltemperatur bewirkt eine Verringerung der Kühlmitteldichte, die wiederum das Kühlmittel in den Dampferzeuger befördert. Es ist zu beachten, dass die natürliche Zirkulation nicht ausreicht, um die Wärme abzuführen, die bei eingeschaltetem Reaktor entsteht.

Moderne Reaktorkonzepte nutzen die natürliche Zirkulation als ein sehr wichtiges Sicherheitsmerkmal . Viele passive Sicherheitssysteme in modernen Reaktorkonstruktionen kommen ohne Pumpen aus, wodurch die Sicherheit, Integrität und Zuverlässigkeit der Konstruktion erhöht und gleichzeitig die Gesamtkosten des Reaktors gesenkt werden.

Indikatoren der natürlichen Zirkulation

In PWRs können verschiedene Parameter verwendet werden, um anzuzeigen oder zu überprüfen, ob eine natürliche Zirkulation stattfindet. Dies ist abhängig von Anlagentyp und Anlagensystemen. Beispielsweise können für ein PWR folgende Parameter verwendet werden:

• Idealerweise kann die Durchflussrate in jeder der Schleifen gemessen werden.
• ΔT ( T _heiß – T _kalt ). Der Temperaturunterschied zwischen heißen und kalten Beinen sollte 25-80% des vollen Leistungswertes betragen und entweder stetig oder langsam abnehmen. Dies zeigt an, dass die Abklingwärme mit einer ausreichenden Geschwindigkeit aus dem System abgeführt wird, um die Kerntemperaturen aufrechtzuerhalten oder zu senken.
• Heiße und kalte Beintemperaturen sollten konstant sein oder langsam abnehmen. Dies zeigt wieder an, dass Wärme abgeführt wird und die abfallende Wärmebelastung wie erwartet abnimmt.
• Der Dampfdruck des Dampferzeugers (sekundärseitiger Druck) sollte der Temperatur des Reaktorkühlmittelsystems entsprechen. Dies stellt sicher, dass der Dampferzeuger dem RCS-Kühlmittel Wärme entzieht.

Besondere Referenz: Natürliche Zirkulation in wassergekühlten Kernkraftwerken, IAEA-TECDOC-1474. IAEO, 2005. ISBN 92–0–110605 – X.