Investigation of the melt-down behaviour of massive radial core enclosures during LWR accidents

Am Institut fuer Reaktorsicherheit (IRS) des Forschungszentrums Karlsruhe (FZK) wurden bis 1999 Unfallanalysen fuer den projektierten Europaeischen Druckwasser Reaktor (EPR) mit dem ''best estimate'' Kernschmelzcode SCDAP/RELAP5 (S/R5) durchgefuehrt. Von den verschiedenen mit S/R5 untersuchten Szenarien wurden der ''Ausfall der Wechselspannungsnetze'' (LOOP) und das kleine Leck (46 cm"2) im kalten Strang der Hauptkuehlmittelleitung (SBLOCA) fuer eine ausfuehrlichere Diskussion ausgewaehlt. Um das Verhalten des ''heavy reflectors'' (HR) und des Kernmantels (CB) auch jenseits der Moeglichkeiten von S/R5 untersuchen zu koennen, wurde ein analytisches Programm entwickelt (LOWCOR2) und angewendet um Informationen ueber den Zeitpunkt des Schmelzebeginns, der zugehoerigen axialen Position, der Abschmelzgeschwindigkeit und der dabei erzeugten Schmelzemasse zu erhalten. Neben den S/R5 Daten wurden auch noch Ergebnisse der MELCOR Rechnungen von Siemens/KWU zum SBLOCA herangezogen. Daneben wurde untersucht, in wieweit ICARE2 und das FEM Programm FIDAP zur Loesung der o.g. Probleme herangezogen werden koennen. Die axiale Position des Schmelzebeginns ist abhaengig vom Szenario und variiert zwischen 1.0 m und 2.5 m Kernhoehe. Der Zeitbereich fuer das Abschmelzen der inneren HR-Kanten erstreckt sich ueber maximal 17 min. Das Zeitintervall bis zum lokalen Durchschmelzen des HR und des CB liegt in der Groessenordnung von einer Stunde. Bis zum Durchschmelzen werden zwischen 10 und 32 Mg Stahl verfluessigt und mit max. 35 kg/s entlang der HR Innenseite in den Kernbereich verlagert. (orig.)At the Institute for Reactor Safety (IRS) of the Forschungszentrum Karlsruhe (FZK) accident analyses were performed for the projected European pressurised water reactor (EPR) up to 1999 using the best estimate severe core damage code SCDAP/RELAP5 (S/R5). From various scenarios investigated with S/R5 the loss-of-offsite power (LOOP) and the 46 cm"2 small break loss of coolant accident (SBLOCA) were selected to be discussed here in some detail. To simulate the heavy reflector (HR) and core barrel (CB) behaviour beyond the capabilities of S/R5 mod 3.2 a detailed stand alone analytical tool (LOWCOR2) was developed and used to determine the time of HR melting, its axial position, the melting velocity and the melt mass. Furthermore, results of MELCOR calculations performed at Siemens/KWU were used for the SBLOCA scenario. The analyses were extended by a feasibility study to find out whether ICARE2 and the commercial FEM code FIDAP are applicable. The axial position of HR and CB melt through strongly depends on the scenario an ranges between 1.0 m and 2.5 m core elevation. The time period to melt down the HR inner edges lasts up to 17 min and a complete melt through of HR and CB is in the order of magnitude of one hour. At melt through time LOWCOR2 calculated a molten steel mass between 10 Mg and 32 Mg and a melt relocation rate of 35 kg/s along the HR inner surface into the core cavity. (orig.)SIGLEAvailable from TIB Hannover: ZA 5141(6315) / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekDEGerman