Abstract
In the safety analysis of fast reactors, unprotected accidents, such as ULOF and UTOP have to be considered, even when their frequency of occurrence lies far beyond the design basis accident. In the European Fast Reactor (EFR), the safety approach foresees further measures of risk minimization in the frame of the so-called Third Shutdown Level. One of the measures is a control rod enhanced expansion device, called ATHENa, which has been developed by KfK in collaboration with SIEMENS as a passive device to separate the absorbers from the drive lines in cases of accidental coolant temperature rises and to force the absorbers further into the core in case of failure to drop. The efficiency of the ATHENa devices to prevent soduim boiling and fuel melting in unprotected accidents in EFR has been investigated by calculations with the dynamics code DYANA2. In the case of ULOF accidents, sodium boiling can be prevented, if at least one out of 24 absorber rods equipped with ATHENa devices drops into the core after delatching from the drive lines. In the extremely remote case that all rods remain jammed after delatching, they are pushed by the ATHENa decices into the core with an enhanced expansion
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Kussmaul, G.
Influence of control rod enhanced expansion devices on the course of unprotected transients in the EFR.
Germany: N. p.,
1994.
Web.
Kussmaul, G.
Influence of control rod enhanced expansion devices on the course of unprotected transients in the EFR.
Germany.
Kussmaul, G.
1994.
"Influence of control rod enhanced expansion devices on the course of unprotected transients in the EFR."
Germany.
@misc{etde_10125509,
title = {Influence of control rod enhanced expansion devices on the course of unprotected transients in the EFR}
author = {Kussmaul, G}
abstractNote = {In the safety analysis of fast reactors, unprotected accidents, such as ULOF and UTOP have to be considered, even when their frequency of occurrence lies far beyond the design basis accident. In the European Fast Reactor (EFR), the safety approach foresees further measures of risk minimization in the frame of the so-called Third Shutdown Level. One of the measures is a control rod enhanced expansion device, called ATHENa, which has been developed by KfK in collaboration with SIEMENS as a passive device to separate the absorbers from the drive lines in cases of accidental coolant temperature rises and to force the absorbers further into the core in case of failure to drop. The efficiency of the ATHENa devices to prevent soduim boiling and fuel melting in unprotected accidents in EFR has been investigated by calculations with the dynamics code DYANA2. In the case of ULOF accidents, sodium boiling can be prevented, if at least one out of 24 absorber rods equipped with ATHENa devices drops into the core after delatching from the drive lines. In the extremely remote case that all rods remain jammed after delatching, they are pushed by the ATHENa decices into the core with an enhanced expansion coefficient ({approx} 10 times). Even then, sodium boiling could be prevented by extending of the pump coast down halving time from 10 to 12 s or by adjusting the delatching temperature to a value not higher than about 40 C above nominal coolant outlet. In UTOP accidents caused by the uncontrolled withdrawal of a control rod, the main concern is incipient fuel melting. The results of the calculations have shown that the power rise can be terminated by delatching the absorbers, before fuel melting occurs, if the ramp rate is mechanically limited to values of 1 /s or less. Again, even in the worst case that all rods remain jammed, fuel melting could be prevented by adjusting the delatching temperature to a similar value as in the ULOF case. (orig.) [Deutsch] Bei der Sicherheitsanalyse Schneller Reaktoren werden auch Durchsatz- (ULOF) und Reaktivitaetsstoerfaelle (UTOP) betrachtet, die wegen der extremen Seltenheit ihres Auftretens zum Bereich der auslegungsueberschreitenden Stoerfaelle gehoeren. Beim EFR wird die schon geringe Eintrittswahrscheinlichkeit dieser Stoerfaelle durch Einfuehrung einer ``dritten Abschaltebene`` weiter reduziert. Eine Massnahme besteht darin, die Kontrollstab-Gestaenge mit einem eigens dafuer von KfK und SIEMENS entwickelten Dehnungsverstaerker ATHENa zu versehen, der aufgrund des passiven, thermischen Dehnungseffekts bei einem Anstieg der Kuehlmitteltemperatur die Abschaltelemente vom Gestaenge trennt. Die Wirksamkeit dieser Vorrichtung bei der Verhinderung von Kuehlmittelsieden und Brennstoffschmelzen im Falle auslegungsueberschreitender Stoerfaelle wurde mit dem Dynamik-Programm DYANA2 untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass bei einem Druchsatzstoerfall Kuehlmittelsieden verhindert wird, wenn mindestens einer der vom Gestaenge entkoppelten 24 Absorberstaebe abfaellt. Selbst beim Nichtabfall aller abgehaengten Staebe werden die Absorber infolge der ca. 10-fach verstaerkten Expansion der Dehnungsverstaerker ATHENa in den Kern geschoben. Auch dann kann Kuehlmittelsieden verhindert werden, allerdings muss dafuer die Pumpenauslaufzeit von 10 auf 12 s verlaengert oder die Schalttemperatur nicht hoeher als 40 C ueber den Nominalwert der Kuehlmittelaustrittstemperatur eingestellt werden. Bei Reaktivitaetsstoerfaellen, bei denen die Reaktivitaetsrampen auf Werte {<=} 1 /s beschraenkt werden, genuegt ebenfalls das Abfallen eines Abschaltstabs, um Brennstoffschmelzen zu verhindern. Sollten alle Staebe klemmen, so genuegt wiederum zur Verhinderung von Brennstoffschmelzen eine aehnliche Anpassung der Schalttemperatur fuer die Gestaengekupplung wie im Falle eines ULOF oder eine Verringerung der Rampensteilheit. (orig.)}
place = {Germany}
year = {1994}
month = {Oct}
}
title = {Influence of control rod enhanced expansion devices on the course of unprotected transients in the EFR}
author = {Kussmaul, G}
abstractNote = {In the safety analysis of fast reactors, unprotected accidents, such as ULOF and UTOP have to be considered, even when their frequency of occurrence lies far beyond the design basis accident. In the European Fast Reactor (EFR), the safety approach foresees further measures of risk minimization in the frame of the so-called Third Shutdown Level. One of the measures is a control rod enhanced expansion device, called ATHENa, which has been developed by KfK in collaboration with SIEMENS as a passive device to separate the absorbers from the drive lines in cases of accidental coolant temperature rises and to force the absorbers further into the core in case of failure to drop. The efficiency of the ATHENa devices to prevent soduim boiling and fuel melting in unprotected accidents in EFR has been investigated by calculations with the dynamics code DYANA2. In the case of ULOF accidents, sodium boiling can be prevented, if at least one out of 24 absorber rods equipped with ATHENa devices drops into the core after delatching from the drive lines. In the extremely remote case that all rods remain jammed after delatching, they are pushed by the ATHENa decices into the core with an enhanced expansion coefficient ({approx} 10 times). Even then, sodium boiling could be prevented by extending of the pump coast down halving time from 10 to 12 s or by adjusting the delatching temperature to a value not higher than about 40 C above nominal coolant outlet. In UTOP accidents caused by the uncontrolled withdrawal of a control rod, the main concern is incipient fuel melting. The results of the calculations have shown that the power rise can be terminated by delatching the absorbers, before fuel melting occurs, if the ramp rate is mechanically limited to values of 1 /s or less. Again, even in the worst case that all rods remain jammed, fuel melting could be prevented by adjusting the delatching temperature to a similar value as in the ULOF case. (orig.) [Deutsch] Bei der Sicherheitsanalyse Schneller Reaktoren werden auch Durchsatz- (ULOF) und Reaktivitaetsstoerfaelle (UTOP) betrachtet, die wegen der extremen Seltenheit ihres Auftretens zum Bereich der auslegungsueberschreitenden Stoerfaelle gehoeren. Beim EFR wird die schon geringe Eintrittswahrscheinlichkeit dieser Stoerfaelle durch Einfuehrung einer ``dritten Abschaltebene`` weiter reduziert. Eine Massnahme besteht darin, die Kontrollstab-Gestaenge mit einem eigens dafuer von KfK und SIEMENS entwickelten Dehnungsverstaerker ATHENa zu versehen, der aufgrund des passiven, thermischen Dehnungseffekts bei einem Anstieg der Kuehlmitteltemperatur die Abschaltelemente vom Gestaenge trennt. Die Wirksamkeit dieser Vorrichtung bei der Verhinderung von Kuehlmittelsieden und Brennstoffschmelzen im Falle auslegungsueberschreitender Stoerfaelle wurde mit dem Dynamik-Programm DYANA2 untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass bei einem Druchsatzstoerfall Kuehlmittelsieden verhindert wird, wenn mindestens einer der vom Gestaenge entkoppelten 24 Absorberstaebe abfaellt. Selbst beim Nichtabfall aller abgehaengten Staebe werden die Absorber infolge der ca. 10-fach verstaerkten Expansion der Dehnungsverstaerker ATHENa in den Kern geschoben. Auch dann kann Kuehlmittelsieden verhindert werden, allerdings muss dafuer die Pumpenauslaufzeit von 10 auf 12 s verlaengert oder die Schalttemperatur nicht hoeher als 40 C ueber den Nominalwert der Kuehlmittelaustrittstemperatur eingestellt werden. Bei Reaktivitaetsstoerfaellen, bei denen die Reaktivitaetsrampen auf Werte {<=} 1 /s beschraenkt werden, genuegt ebenfalls das Abfallen eines Abschaltstabs, um Brennstoffschmelzen zu verhindern. Sollten alle Staebe klemmen, so genuegt wiederum zur Verhinderung von Brennstoffschmelzen eine aehnliche Anpassung der Schalttemperatur fuer die Gestaengekupplung wie im Falle eines ULOF oder eine Verringerung der Rampensteilheit. (orig.)}
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