Fission product behavior in high-temperature reactors under normal operating conditions and in accident situations
Description
Automatic translation: The development of high-temperature reactors (HTRs) has been intensively pursued for many years, particularly in the USA and the Federal Republic of Germany (FRG). In both countries, smaller experimental HTR reactors (Peach Bottom in the USA; AVR Jülich in Germany) have been successfully tested for years, and prototype HTR plants with an output of around 300 MWe are now either operational (Fort St. Vrain, USA) or in advanced stages of construction (THTR-300, FRG). Both countries have also developed on-paper commercial HTR nuclear power plants (HTR-1160) for electricity generation, designed as two-circuit systems with a thermal output of 3000 MW. These plants have the necessary safety reports required to initiate licensing procedures. These reports describe the plant and its behavior under normal operating conditions, operational disturbances, and accident scenarios up to the maximum credible accident (MCA). In the licensing process, the plant's controllability—primarily compliance with legally defined maximum permissible activity release limits—must be demonstrated for all these scenarios, potentially utilizing appropriate and sufficiently reliable safety systems. Moreover, a probabilistic analysis of a broader spectrum of accident scenarios has been presented in the USA for the HTGR-1160 plant through the AIPA study /1/. This study aims, among other things, to determine risk values for some accident sequences considered dominant. The risk values are derived—similar to the well-known risk study for light water reactors /2/ (WASH-1400)—as the product of the probability of occurrence and the consequences of the respective accident sequence. The results indicate that analyzing relatively few dominant accident sequences suffices to capture the main risk contributors. Similarly, in Germany, a probabilistic HTR Safety Study /3/ has been initiated, commissioned by the Federal Ministry of the Interior (BMI) and carried out by the Institute for Nuclear Safety Research (ISF) at KFA Jülich and the Gesellschaft für Reaktorsicherheit (GRS). HTGR Accident Initiation and Progression Analysis: Another method for the safety assessment of nuclear power plants is the so-called damage scope analysis. This method primarily examines very hypothetical accident scenarios, which contribute little to risk in probabilistic analyses due to their low likelihood and are not relevant to the licensing process. The goals of this analysis are to identify the maximum potential consequences of the most severe accidents and to determine the timeline of radiological impacts. The first goal aims to establish the upper limit of possible impacts, while the second provides time intervals available for interventions in the accident sequence or measures to protect the public. In Germany, damage scope analyses have so far been cooperatively conducted by Hochtemperaturreaktor Bau GmbH (HRB), Mannheim, and ISF-KFA Jülich for two highly hypothetical accident scenarios in the German HTR-1160 plant /4/, /5/. Further scenarios with potentially greater impacts are yet to be analyzed. Finally, it should be noted that the three mentioned methods for nuclear power plant safety evaluation—licensing procedures, probabilistic risk analysis, and damage scope analysis—should not be regarded as alternatives but rather as complementary approaches. Each has specific objectives and focuses on different accident scenarios. A common requirement of all three methods is the need to analyze the impacts, such as expected environmental contamination due to activity releases, according to the respective accident sequence. This, in particular, necessitates knowledge of the behavior of fission products in HTRs under both normal and accident conditions. The following will provide a detailed discussion of this topic, drawing on results obtained so far.
Abstract (German)
Die Entwicklung von Hochtemperaturreaktoren (HTR) wird seit vielen Jahren vor allem in den USA und der BRD intensiv betrieben. In beiden Ländern werden seit Jahren kleinere HTR-Versuchsreaktoren (Peach ßottom; AVR Jülich) erfolgreich getestet, und HTR-Prototyp-Anlagen mit ca. 300 MWe sind nun im Betrieb (Fort St. Vrain/USA) bzw. im fortgeschrittenen Baustadium (THTR-300/ BRD). Ebenfalls in beiden Ländern existieren auf dem Papier entwickelte kommerzielle HTR-Kernkraftwerke (HTR-1160) zur Stromerzeugung als Zweikreisanlage mit einer thermischen Leistung von 3000 MW. Für diese Anlagen liegen die zur Einleitung eines Genehmigungsverfahrens notwendigen Sicherheitsberichte vor. Diese beschreiben die Anlage und deren Verhalten unter Normalbetriebsbedingungen, bei Betriebsstörungen und Störfallabläufen bis hin zum größten anzunehmenden Unfall (GaU). Im Genehmigungsverfahren muß die.Beherrschbarkeit der Anlage (d.h. vor allem die Unterschreitung der durch gesetzliche Richtlinien festgelegten maximal zulässigen Aktivitätsfreisetzungen) bei allen diesen Situationen - evtl, auch unter Nutzung geeigneter und genügend zuverlässiger Sicherheitseinrichtungen nachgewiesen werden. Darüber hinaus wurde inzwischen in den USA für die amerikanische HTGR-1160 Anlage mit der AIPA -Studie /1/ eine probabilistische Analyse eines breiteren StörfalIspektrums vorgelegt, um u.a. Risikowerte für einige als dominant erscheinende Störfallsequenzen zu ermitteln. Die Risikowerte ergeben sich - analog zu der bekannten Risikostudie für Leichtwasserreaktoren /2/ (WASH-1400)- als Produkt aus der Eintrittswahrscheinlichkeit und den Auswirkungen der jeweiligen Störfallsequenz. Wie die Ergebnisse zeigen, genügt die Analyse relativ weniger, dominanter Störfallsequenzen zur Erfassung der Hauptrisikobeiträger. Analog zur amerikanischen AIPA-Studie wurde inzwischen auch in der BRD mit einer probabilistischen HTR-Sicherheitsstudie- /3/ begonnen, die im Auftrag des Bundesministers des Innern (BMI) vom Institut für Nukleare Sicherheitsforschung (ISF) der KFA Jülich und von der Gesellschaft für Reaktorsicherheit (GRS) verantwortlich durchgeführt wird. HTGR Accident Initiation and Progression Analysis: Als eine weitere Methode zur sicherheitsmäßigen Bewertung von Kernkraft werken kann die sog. Schadensumfangsanalyse angesehen werden. Hierbei werden vor allem sehr hypothetische Störfallabläufe, die in probabilistischen Analysen wegen ihrer geringen Wahrscheinlichkeit kaum zum Risiko beitragen und die auch im Genehmigungsverfahren keine Rolle spielen, untersucht mit den Zielen, die maximal möglichen Auswirkungen schwerster Störfälle aufzufinden und den Zeitverlauf der radiologischen Auswirkungen zu ermitteln. Ersteres soll den oberen Grenzwert möglicher Auswirkungen aufzeigen, der zweite Aspekt liefert Zeitintervalle, die für Eingriffe in den Störfallablauf oder für Maßnahmen zum Bevölkerungsschutz zur Verfügung stehen würden. Schadensumfangsanalysen wurden bisher in der BRD kooperativ von der Firma Hochtemperaturreaktor Bau GmbH (HRB), Mannheim und dem ISF-KFA Jülich für zwei sehr hypothetische Störfallabläufe in der deutschen HTR-1160-Anlage durchgeführt /4/, /5/. Weitere Störfallabläufe mit möglicherweise noch höheren Auswirkungen sollen noch analysiert werden. Es ist schließlich darauf hinzuweisen, daß die drei genannten Methoden zur Sicherheitsbewertung von Kernkraftwerken - Genehmigungsverfahren, probabilistische Risikoanalyse, Schadensumfangsanalyse - nicht als alternativ anzusehen sind, sondern mit ihren besonderen Zielen und der Berücksichtigung unterschiedlicher Störfallabläufe in gegenseitiger Ergänzung zueinander stehen. Allen drei Methoden ist die Notwendigkeit gemeinsam, entsprechend dem jeweiligen Störfallablauf u.a. die Auswirkungen - d.h. die zu erwartenden Umgebungsbelastungen durch Aktivitätsfreisetzung - zu analysieren. Dies erfordert insbesondere Kenntnisse über das Spaltproduktverhalten in HTR sowohl bei Normalbetrieb als auch bei Störfallsituationen. Darauf soll im folgenden unter Hinzuziehung bisher erzielter Resultate näher eingegangen werden.Files
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Additional details
Additional titles
- Original title (German)
- Spaltproduktverhalten bei Hochtemperaturreaktoren unter Normalbetriebsbedingungen und bei Störfallsituationen
Publishing Information
- Imprint Pagination
- 37 p.
- Report number
- KFA-ISF-IB--2/77
INIS
- Country of Publication
- Germany
- Country of Input or Organization
- International Atomic Energy Agency (IAEA)
- INIS RN
- 55107029
- Subject category
- S21: SPECIFIC NUCLEAR REACTORS AND ASSOCIATED PLANTS;
- Descriptors DEI
- FEDERAL REPUBLIC OF GERMANY; FORSCHUNGSZENTRUM JUELICH; HTGR TYPE REACTORS; HYPOTHETICAL ACCIDENTS; LICENSING PROCEDURES; PROBABILISTIC ESTIMATION; SEVERE ACCIDENTS
- Descriptors DEC
- ACCIDENTS; ADMINISTRATIVE PROCEDURES; BEYOND-DESIGN-BASIS ACCIDENTS; CALCULATION METHODS; DEVELOPED COUNTRIES; EUROPE; GAS COOLED REACTORS; GERMAN FR ORGANIZATIONS; GRAPHITE MODERATED REACTORS; NATIONAL ORGANIZATIONS; REACTORS; WESTERN EUROPE
Optional Information
- Notes
- Document from Juelich Preservation Project