Das Projekt "Lokale Effekte im DWR-Kern infolge von Zinkborat-Ablagerungen nach KMV" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Dresden, Institut für Energietechnik, AREVA-Stiftungsprofessur für Bildgebende Messverfahren für die Energie- und Verfahrenstechnik durchgeführt. Im Falle einer Leckage im Primärkreislauf eines Druckwasserreaktors (sog. Kühlmittelverlust-Störfall KMV) gelangen große Mengen des borsäurehaltigen Kühlmittels in das Containment des Kernkraftwerks. Hierbei kann es bei den verschiedenen feuerverzinkten Einbauten zur Zinkkorrosion unter Bildung wasserlöslicher Zinkborate kommen. Beim Management eines solchen Störfalles käme es nach der Schnellabschaltung des Reaktors und dem Anlaufen verschiedener Notkühlsysteme nach einigen Stunden zum sogenannten Sumpfumwälzbetrieb, einer Situation, bei der diese wässrigen Lösungen im Containment zur weiteren Aufrechterhaltung der Kernkühlung wieder mit in den Primärkreislauf zurückgepumpt werden. Da die Wasserlöslichkeit der gebildeten Zinkborate bei höheren Temperaturen abnimmt, besteht hierbei nun die Möglichkeit, dass diese dann an Heißstellen der Kernbereiche aus den Kühlmittellösungen ausfallen und sich unter Umständen schichtbildend dort ablagern könnten, was zu Beeinträchtigungen der weiteren Kernkühlung in dieser Spätphase eines KMV führen könnte. Zielstellung: Eine Hauptaufgabe des Vorhabens ist es, die Vorgänge, welche sich im Falle eines KMV (Druckwasserreaktor) hinsichtlich der Zinkkorrosion im Containment sowie der später möglichen Zinkboratabscheidung an Heißstellen im Kernbereich ablaufen, im kleinen Maßstab (Laboranlage) unter störfallnahen Randbedingungen nachzubilden. Dabei sollen besonders die hierbei stattfindenden chemischen und physikalischen Vorgänge im Einzelnen untersucht werden. Die hierbei erhaltenen Ergebnisse sollen dabei helfen, das Risikopotential einer solchen Beeinträchtigung der Kernkühlung in der Spätphase eines KMV besser einschätzen zu können und ggf. auch geeignete Strategien und Konzepte zu entwickeln, wie solche potentiellen Risiken zu vermeiden sind. Analoge Versuche im größeren, halbtechnischen Maßstab mit den zugehörigen Untersuchungen und Auswertungen werden beim Projektpartner Hochschule Zittau-Görlitz durchgeführt.
Das Projekt "Lokale Effekte Im DWR-Kern infolge von Zinkborat-Ablagerungen nach KMV" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Hochschule Zittau,Görlitz, Institut für Prozeßtechnik, Prozeßautomatisierung und Meßtechnik durchgeführt. Im Falle eines Kühlmittelverluststörfalls (KMV) hat durch Korrosion im Kühlmittel freigesetztes Zink das Potenzial, bis in den Reaktorkern zu gelangen und sich in den Heißkanälen in feste Korrosionsprodukte umzuwandeln. Generische Experimente wiesen u.a. eine mögliche Gefährdung der Nachwärmeabfuhr durch diese Produkte nach, welche sich zum Teil schichtbildend an Heißstellen anlagern. Im geplanten Vorhaben wird diese Problematik im Sinne sicherheitsrelevanter Fragestellungen auf in einer realen Druckwasserreaktor-Anlage (DWR) anzunehmende Leckgrößen und Nachkühlbedingungen sowie damit verbundene thermohydraulische Randbedingungen im Sicherheitsbehälter (SHB) und Reaktorkern bezogen. Hierfür sind einerseits aus den Erfahrungen vorhandener analytischer und experimenteller Untersuchungen bezüglich KMV in DWR und andererseits durch ergänzende thermohydraulische Simulationsrechnungen solche Zustände und Bedingungen abgrenzend zu ermitteln, bei der eine mögliche Gefährdung der Kernkühlung aus Sicht vorhandener Erkenntnisse zu den physikochemischen Effekten eintreten könnte. Die quantitative Analyse der Versuchsdaten zum zeitlichen Ablauf des Quelle-Senke-Mechanismus der Zinkkorrosion und der Umwandlung des gelösten Zinks in feste Produkte unter realen Störfallbedingungen stellt dabei auf Grund der Komplexität und der gegebenen Rückwirkungen eine Herausforderung dar. Die Arbeiten werden in Kooperation der Hochschule Zittau/Görlitz und der TU Dresden über eine Projektlaufzeit von 36 Monaten realisiert. Es werden jährliche Workshops zum aktuellen Projektstand durchgeführt. Das Vorhaben wird von einer Monitoring Group, bestehend aus Repräsentanten der Forschungsbetreuung des Projektträgers, Gutachtern, Herstellern und Anlagenbetreibern fachlich begleitet und ist in die nukleare Sicherheitsforschung eingeordnet.
Das Projekt "Machbarkeitsstudie zu flammgeschützten Holzwerkstoffen durch Nutzung von phosphoryliertem Lignin" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Holzforschung - Wilhelm-Klauditz-Institut durchgeführt. Für den Flammschutz von Holzwerkstoffen werden häufig Ammoniumpolyphosphat, Zinkborat oder anorganische Materialien eingesetzt. Im Fall anorganischer Flammschutzmittel wie Aluminium- oder Magnesiumhydroxid ist zwar eine gute Umweltverträglichkeit gegeben und die Mittel sind relativ preiswert, aber aufgrund der erforderlichen hohen Einsatzmengen werden in der Regel die mechanischen Eigenschaften der Holzwerkstoffe herabgesetzt. Aktuell sind nur wenige biobasierte Flammschutzmittel verfügbar. Es ist bekannt, dass Lignin, ein Nebenprodukt aus der Papierherstellung, durch Phosphorylierung als biobasiertes Flammschutzmittel eingesetzt werden kann. Dies wurde jedoch bisher nur in Kunststoffen untersucht und nicht in Holzwerkstoffen. Weiterhin ist bekannt, dass modifiziertes Lignin als Klebstoff verwendet werden kann. Ziel dieser Machbarkeitsstudie ist es, das Potenzial von Lignin bei Verwendung als Flammschutzmittel mit gleichzeitiger Klebstofffunktion (im Folgenden Phos-LIK) in ausgewählten Holzwerkstoffen zu untersuchen und zu bewerten.
Das Projekt "Bewertung der Auswaschgefaehrdung von nicht fixierenden wasserloeslichen Holzschutzmitteln auf Borbasis sowie moegliche Alternativanwendungen zu chromathaltigen Holzschutzmitteln (F-1994/18)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsche Gesellschaft für Holzforschung durchgeführt. In Deutschland enthalten z.Zt. ca. 90 Prozent der zugelassenen wasserloeslichen Holzschutzmittel Borate. Neben der hohen Diffusionsfaehigkeit, die bereits bei Holzfeuchten ab ca. 20 Prozent die Traenkung auch schlecht permeabler Holzarten erlaubt, ist vor allem das breite Wirkspektrum gegen Insekten und Pilze eine der wichtigsten Eigenschaften von Boraten. Es wurden wiederholt Borverbindungen als Ersatz fuer staerker toxische Holzschutzmittel diskutiert. Sogar eine Verdraengung der als canzerogen eingestuften Chrom VI-haltigen Holzschutzmittel fuer den Einsatz im Aussenbereich wurde fuer moeglich gehalten. Im Ergebnis wurde festgestellt: - Oberflaechenbeschichtungen durch verschiendene Anstrichsysteme bewirken lediglich eine begrenzte, voruebergehende Verminderung der Auswaschung. - Natrium- und Kaliumsilicate (Wasserglaeser) bewirken offenbar eine Bindung von Borat, so dass die Auswaschung deutlich reduziert wird. Aufgrund der Reaktivitaet bereitet die Traenkung des Holzes jedoch Schwierigkeiten. - Fuer eine ungeschuetzte, freie Bewitterung borbehandelter Hoelzer entsprechend Gefaehrdungsklasse 3 sind diese Massnahmen somit nicht ausreichend. - Schwer loesliche Borate, z.B. Zinkborate, werden deutlich weniger ausgewaschen. Aufgrund ihrer geringen Loeslichkeit ist jedoch eine Einbringung in Vollholz nicht moeglich. Die Anwendung in Holzwerkstoffen ist dagegen erfolgversprechend. - Erst Kombinationspraeparate mit Chromaten zeigen eine deutlich verminderte Auswaschung, die deutlich von der Zusammensetzung, des Schutzmittels bestimmt wird. - Fuer den Bereich der Fabrikation trockener, fertig abgebundener, bzw. zusammengesetzter Produkte eignen sich Trimethylborat-Begasungen in einer geschlossenen Kesseldruckanlage. - Borloesungen auf Basis von Glykolen eignen sich gleichermassen fuer den vorbeugenden Holzschutz aber auch fuer die bekaempfende Anwendung, da sie bereits Holz mit einer Feuchte ab ca. 8 Prozent penitrieren koennen. Zusammenfassend sind Borate als Holzschutzmittel trotz der nachteiligen hohen Auswaschgefaehrdung wegen ihrer geringen Humantoxitaet bei gleichzeitig breitem Wirkspektrum ausgesprochen positiv zu bewerten. Vielfaeltige Anwendungen, gerade im sensiblen Wohnbereich sind moeglich. Durch eine entsprechende logistische Beachtung sollten ausreichende Massnahmen gegen eine Auswaschung waehrend Transport, Lagerung, Nutzung und Entsorgung getroffen werden koennen.
Das Projekt "Teilprojekt: Entwicklung und Validierung eines ATHLET-Moduls zur Simulation thermohydraulischer Folgen von Zinkborat" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit (GRS) gGmbH durchgeführt. Das Ziel des Vorhabens ist die Simulation von Zinkborat-Abscheidungen und deren thermohydraulischen Folgen im DWR-Kern nach KMV in ATHLET zu ermöglichen. Das daraus resultierende Simulationswerkzeug, das ATHLET-Modul 'Zinkborat' ('AZora'), soll für belastbare deterministische Sicherheitsbewertungen von DWR-Anlagen (z.B. zum Nachweis der Einhaltung von Hüllrohrgrenztemperaturen für eine gesicherte Kernkühlung und Identifikation lokaler Dryouts unter den Bedingungen des chemischen Langzeitverhaltens bei Sumpfumwälzbetrieb nach KMV) eingesetzt werden können. So erfolgt eine verbesserte und realistischere Modellierung der Thermohydraulik für Auslegungsstörfälle bis hin zu Ablagerungsprozessen von Fremdstoffen im Reaktorkern. Das Modul beinhaltet die Teilmodelle (Schließungsmodelle) für die Prozesse der Freisetzung und der Ausfällung/Anlagerung, während der Transport durch eine Erweiterung der Stoffstrombilanzen realisiert wird. Die Berücksichtigung der KM-Reinigung als Störfallfolgemaßnahme soll durch einen Senkenterm in den Bilanzen berücksichtigt werden. Eine Grundlage für die zur Modellerstellung, -parametrierung und -validierung notwendigen Daten und Korrelationen bilden die bereits vorliegenden Ergebnisse von Experimenten im halbtechnischen und im Labormaßstab (BMWi-Vorhaben 1501491 und 1501496). Diese werden von Projektpartnern Hochschule Zittau/Görlitz (HSZG), Helmholtz Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) und Technische Universität Dresden (TUD) vertieft ausgewertet und gezielt um weitere Versuche zur Modellierung von Teilprozessen im DWR-Kern ergänzt. Für die experimentellen Arbeiten kommen vorrangig die bereits existierenden Versuchsanlagen zum Einsatz, die den Erfordernissen angepasst werden. Die Arbeit für die Implementierung der entwickelten Teilmodelle in dem ATHLET Code sowie die Validierung des Gesamtmoduls 'Zinkborat' wird anhand von experimentellen Ergebnissen aus Versuchen im halbtechnischen und im Labormaßstab hauptsächlich von der GRS durchgeführt.
Das Projekt "Teilprojekt: Experimente und Analysen sowie Validierung der Zinkfreisetzung und thermohydraulischer Auswirkungen von Zinkboratablagerungen im DWR-Kern" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Hochschule Zittau,Görlitz, Institut für Prozeßtechnik, Prozeßautomatisierung und Meßtechnik durchgeführt. Bei einem KMV hat durch Korrosion im Kühlmittel freigesetztes Zink das Potenzial, bis in den Reaktorkern zu gelangen und sich in Heißkanälen in feste Korrosionsprodukte umzuwandeln. Experimente unter realen Störfallbedingungen zum zeitlichen Ablauf des Quelle-Senke-Mechanismus der Zinkkorrosion und der Umwandlung des Zink in feste Produkte bestätigten dieses Potenzial. Das aus dem geplanten Vorhaben resultierende Simulationswerkzeug, das ATHLET-Modul 'Zinkborat', soll die Simulation von ZnB-Abscheidungen und deren thermohydraulischen Folgen im DWR-Kern nach KMV ermöglichen und für belastbare deterministische Sicherheitsbewertungen von DWR-Anlagen (z.B. zum Nachweis der Einhaltung von Hüllrohrgrenztemperaturen für eine gesicherte Kernkühlung und Identifikation lokaler Dry-outs unter den Bedingungen des chemischen Langzeitverhaltens bei Sumpfumwälzbetrieb nach KMV) eingesetzt werden.
Das Projekt "Partikelentstehung und -Transport im Kern von Druckwasserreaktoren (Phase 2) - Teilprojekt: thermo- und fluiddynamische Mechanismen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Hochschule Zittau,Görlitz, Institut für Prozeßtechnik, Prozeßautomatisierung und Meßtechnik durchgeführt. Aus den im Vorhaben mit der FKZ 1501431 erzielten Ergebnissen resultieren folgende Einzelziele des Anschlussvorhabens FKZ 1501468 (Phase 2): - Erarbeitung von Vorschlägen zur Minderung der Gefahr der Bildung fester Korrosionsproduktablagerungen, welche in Folge eines Kühlmittelverluststörfalls (KMV) im Druckwasserreaktor (DWR) durch Umwandlung von gelöstem Zink an Heißflächen entstehen, aufwachsen oder mit dem Kühlmittelstrom transportiert werden und somit die Notkühlung beeinflussen können sowie - Aufstellung eines daten- und wissensbasierten Modellierungskonzeptes für die Nachbildung der physikochemischen Effekte unter Einbeziehung der Korrosionsprodukte. Die Arbeiten werden in Kooperation der Hochschule Zittau-Görlitz (HSZG) und dem Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) über eine Projektlaufzeit von 9 Monaten realisiert. Der Arbeitsplan des HSZG sieht Experimente im halbtechnischen Maßstab zur Verifikation der von der HZDR abgeleiteten Maßnahmen zur Zinkkonzentrationsverringerung im Kühlmittel vor. Auf Basis der in Phase 1 gewonnenen experimentellen Daten werden geeignete Modellierungskonzepte erarbeitet und eine Machbarkeitsanalyse bezüglich der alternativen Modellierung der physikochemischen Prozesse durchgeführt. Des Weiteren werden die Schnittstellen zu Simulationssoftware konzeptuell erarbeitet.
Das Projekt "Teilprojekt: Laborexperimente zur Modellierung des Kristallisations- und Ablagerungsverhaltens sowie Wärmetransporteigenschaften von Zinkboraten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Dresden, Institut für Energietechnik, AREVA-Stiftungsprofessur für Bildgebende Messverfahren für die Energie- und Verfahrenstechnik durchgeführt. Im Falle eines KMV hat, durch Korrosion von verzinktem Containment-Inventar, im Kühlmittel freigesetztes Zink das Potenzial, bis in den Reaktorkern zu gelangen und sich bei Erwärmung (z.B. in Heißkanälen) in feste Korrosionsprodukte (Zinkborate unterschiedlicher Zusammensetzung) umzuwandeln. Die Ergebnisse generischer (z.B. Vorhaben 1501430 und 1501431) sowie KMV-szenarienbezogener Experimente (Vorhaben 1501491 und 1501496) weisen auf eine mögliche Beeinflussung der Nachwärmeabfuhr durch solche Produkte hin. Ziel des geplanten Verbundvorhabens ist die Bereitstellung eines Simulations-Tools in ATHLET zur Anwendung auf diese Problematik. So soll die Möglichkeit geschaffen werden, Simulationen thermohydraulischer Folgen möglicher Zinkborat-Abscheidungen im DWR-Kern (z.B. auf Hüllrohren oder Abstandshaltern) für unterschiedlichste KMV-Szenarien vorzunehmen. Damit können kritische Störfallszenarien identifiziert und deren Gefahrenpotenziale zuverlässiger abgeschätzt werden. Zur Bereitstellung von Daten und Korrelationen für die entsprechenden Modelle werden, neben einer vertieften Auswertung derzeitiger und früherer Experimente, Untersuchungen im Labor- und im halbtechnischen Maßstab durchgeführt. Hierzu gehören u.a. Untersuchungen zur Abhängigkeit der Zinkborat-Abscheideraten von lokalen thermohydraulischen Parametern und der KM-Chemie sowie zur Abhängigkeit des Wärmedurchganges durch gebildete Schichten auf Hüllrohren oder Abstandshaltern von Parametern der Schichtbildung. Des Weiteren wird eine experimentelle Studie zur Nutzung vorhandener Ionenaustauscher des Kühlmittelreinigungssystems zur Zink-Entfernung im Rahmen der Störfallfolgenbehandlung durchgeführt. Die Ergebnisse werden in die ATHLET-Modellierung einbezogen.
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