de.wedoany.com-Bericht: Forscher des Paul Scherrer Instituts (PSI) in der Schweiz haben in der PANDA-Testanlage erstmals das passive Kühlsystem eines kleinen modularen Reaktors (SMR) unter realen Bedingungen experimentell untersucht und hochauflösende Messdaten gesammelt. Die Forschungsergebnisse wurden in der Fachzeitschrift „Nuclear Engineering and Design" veröffentlicht, und ein damit verbundenes internationales Benchmark-Programm wurde offiziell gestartet.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Reaktoren, die auf aktive Sicherheitsmaßnahmen wie Pumpen und Ventile angewiesen sind, setzen viele SMR auf passive Kühlkonzepte, die auf physikalischen Effekten wie Kondensation, Schwerkraft und Dichteunterschieden beruhen, um die Sicherheit im Notfall zu gewährleisten. Das PSI weist jedoch darauf hin, dass derzeit noch begrenzte experimentelle Daten zur Validierung von Simulationsergebnissen für solche Systeme vorliegen.
Die PANDA-Testanlage erstreckt sich über fünf Stockwerke, ist 25 Meter hoch, besteht aus mehreren Behältern mit einem Gesamtvolumen von etwa 500 Kubikmetern und enthält keine radioaktiven Stoffe. Die Anlage ist mit über 80 Ventilen ausgestattet, die es ermöglichen, Gasgemische an verschiedenen Stellen zu entnehmen und mit einem Massenspektrometer zu analysieren, und verfügt über rund 1450 Sensoren. Der Dampf wird von einem 1,5-Megawatt-Elektroerhitzer erzeugt und kann Temperaturen von bis zu 200 Grad Celsius und Drücke von bis zu 10 Bar erreichen.
In diesem Experiment testete das PSI-Projektteam einen geschlossenen Kühlkreislauf, der aus einem etwa sechs Meter hohen vertikalen Rohr besteht. Tritt im Störfall Dampf in den Sicherheitsbehälter aus, kondensiert der Dampf an der kalten Rohroberfläche zu Wassertropfen und tropft als flüssiges Wasser zurück in den Reaktor. Die dabei freigesetzte Wärme wird an das Wasser im Rohr übertragen, woraufhin das erwärmte Wasser aufgrund seiner geringeren Dichte auf natürliche Weise aufsteigt und die Wärme an einen Wassertank abgibt. Das abgekühlte Wasser strömt dann wieder nach unten, wodurch ein natürlicher Kreislauf entsteht, der ausschließlich auf Dichteunterschieden basiert und weder Pumpen noch Strom benötigt.
Die Forscher zeichneten mit Hochgeschwindigkeitskameras detailliert die winzigen Wassertröpfchen auf, die auf der Rohroberfläche kondensierten, und beobachteten erstmals die Entmischung der Gase im Sicherheitsbehälter: Im unteren Bereich sammelte sich mehr Luft, im oberen Bereich verblieb mehr Dampf. Das PSI weist darauf hin, dass die Wärmeabfuhrleistung des Systems geringer ausfällt, wenn dieser Effekt ignoriert wird. Darüber hinaus verfolgten die Forscher winzige Partikel im Gas und bestätigten, dass sich diese in der Nähe des Rohres sehr langsam bewegen. Der Kühlprozess wird nicht durch größere Luftströmungen bestimmt, sondern hauptsächlich durch Diffusion angetrieben, was bedeutet, dass der Kühlprozess stark von lokalen Bedingungen abhängt.
Yago Rivera Durán vom Zentrum für Nukleartechnik und -wissenschaften des polnischen Forschungsinstituts erklärte: „Bisher konnten Forscher bei der Entwicklung von Simulationsprogrammen nicht sicher sein, ob die Berechnungsergebnisse mit der Realität übereinstimmen. Mit PANDA schließen wir diese Lücke."
Das PSI teilt mit, dass der kürzlich veröffentlichte Bericht den offiziellen Start eines internationalen Benchmark-Programms auf Basis der PANDA-Daten markiert. Derzeit beteiligen sich bereits 25 Institutionen daran, die experimentellen Ergebnisse zur Validierung und Verbesserung ihrer Simulationsmethoden zu nutzen. Das Folgeprojekt PANDA-2 wird darauf aufbauend komplexere Szenarien und den langfristigen autonomen Betrieb passiver Sicherheitssysteme untersuchen. Das internationale Projekt soll voraussichtlich bis 2030 laufen, und entsprechende Projekte der einzelnen Länder und der EU sind bereits bis in die 2030er Jahre geplant.
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