Qualifizierung des Kernmodells DYN3D im Komplex mit dem Stoerfallcode ATHLET als fortgeschrittenes Werkzeug fuer die Stoerfallanalyse von WWER-Reaktoren. T. Abschlussbericht

Im Bericht werden Benchmarkrechnungen zur Validierung des gekoppelten neutronenkinetisch-thermohydraulischen Programmkomplexes DYN3D-ATHLET vorgestellt. Es wurden zwei Benchmarkaufgaben zu hypothetischen Stoerfallszenarien mit Frischdampflecks fuer einen Reaktor vom Typ WWER-440 und den Reaktor TMI-1 geloest. Die erste Benchmarkaufgabe wurde im Rahmen der internationalen Assoziation 'Atomic Energy Research' (AER) durch das FZR definiert, die zweite Aufgabe wurde unter der Schirmherrschaft der OECD organisiert. Waehrend im ersten Fall von einem Bruch des Frischdampfsammlers im Zustand heisser Nulllast des Reaktors ausgegangen wurde, wurde im OECD-Benchmark der Betrieb des Reaktors bei Volllast angenommen und der Bruch einer der beiden Frischdampfleitungen unterstellt. Somit war hier die Vermischung des Kuehlmittels aus der intakten und der defekten Schleife zu beruecksichtigen, waehrend es sich beim AER-Benchmark um eine homogene Absenkung der Kuehlmitteltemperatur handelt. Im AER-Benchmark hatte jeder Teilnehmer eigene neutronenphysikalische Daten zu verwenden, waehrend die Wirkungsquerschnitte fuer das OECD-Benchmark vorgegeben waren. In beiden Faellen war eine moegliche Rekritikalitaet des abgeschalteten Reaktors infolge der Unterkuehlung zu analysieren. Fuer beide Benchmarkaufgaben wurde eine gute Uebereinstimmung der DYN3D-ATHLET-Ergebnisse mit den Loesungen anderer Codes erzielt. Unterschiede im Zeitpunkt der Rekritikalitaet und der Hoehe des Leistungspeaks beim AER-Benchmark konnten durch die unterschiedlichen Wirkungsquerschnittsdaten erklaert werden. Differenzen in der Thermohydraulik (Kuehlmitteltemperatur, Druck) traten erst im spaeteren Prozessverlauf in der Phase der Einspeisung hochborierten Notkuehlwassers auf. Im OECD-Benchmark traten groessere Differenzen in den thermohydraulischen Rechnungen mit Punktkinetik auf, waehrend die Uebereinstimmung in den 3D-Kinetikrechnungen mit vorgegebenen thermohydraulischen Randbedingungen gut war. Ursachen fuer die Differenzen sind in der schwierigen Modellierung des stehenden Geradrohr-Dampferzeugers mit Dampfueberhitzung zu vermuten. Die DYN3D-ATHLET-Ergebnisse wurden mit Sensitivitaetsuntersuchungen zur Nodalisierung und zum Einfluss der Kuehlmittelvermischung beim OECD-Benchmark untermauert. Damit wurde ein Betrag zur Validierung von ATHLET, gekoppelt mit dem 3D Reaktordynamikcode DYN3D sowohl fuer hexagonale als auch quadratische Brennelementgeometrie geleistet. (orig.)Benchmark calculations for the validation of the coupled neutron kinetics/thermohydraulic code complex DYN3D-ATHLET are described. Two benchmark problems concerning hypothetical accident scenarios with leaks in the steam system for a VVER-440 type reactor and the TMI-1 PWR have been solved. The first benchmark task has been defined by FZR in the frame of the international association 'Atomic Energy Research' (AER), the second exercise has been organized under the auspices of the OECD. While in the first benchmark the break of the main steam collector in the sub-critical hot zero power state of the reactor was considered, the break of one of the two main steam lines at full reactor power was assumed in the OECD benchmark. Therefore, in this exercise the mixing of the coolant from the intact and the defect loops had to be considered, while in the AER benchmark the steam collector break causes a homogeneous overcooling of the primary circuit. In the AER benchmark, each participant had to use its own macroscopic cross section libraries. In the OECD benchmark, the cross sections were given in the benchmark definition. The main task of both benchmark problems was to analyse the re-criticality of the scrammed reactor due to the overcooling. For both benchmark problems, a good agreement of the DYN3D-ATHLET solution with the results of other codes was achieved. Differences in the time of re-criticality and the height of the power peak between various solutions of the AER benchmark can be explained by the use of different cross section data. Significant differences in the thermohydraulic parameters (coolant temperature, pressure) occurred only at the late stage of the transient during the emergency injection of highly borated water. In the OECD benchmark, a broader scattering of the thermohydraulic results can be observed, while a good agreement between the various 3D reactor core calculations with given thermohydraulic boundary conditions was achieved. Reasons for the differences in the thermohydraulics were assumed in the difficult modelling of the vertical once-through steam generator with steam superheating. Sensitivity analyses which considered the influence of the nodalisation and the impact of the coolant mixing model were performed for the DYN3D-ATHLET solution of the OECD benchmark. The solution of the benchmarks essentially contributed to the qualification of the code complex DYN3D-ATHLET as an advanced tool for the accident analysis for both VVER type reactors and Western PWRs. (orig.)SIGLEAvailable from TIB Hannover: RR 1847(357) / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekBundesministerium fuer Bildung und Forschung, Berlin (Germany)DEGerman