Material effect in nuclear Fuel - Coolant interaction: Structural characterization of the steam explosion debris and solidification mechanism

Abstract

Thesis Abstract This thesis has been performed under co-tutelle supervision between Charles University in Prague (Czech Republic) and Strasbourg University (France). It also profited from the background and cooperation of Institute of Inorganic Chemistry Academy of Science of the Czech Republic and French Commission for Atomic and Alternative energies (CEA Cadarache, France). Results of the work contribute to the OECD/NEA project Serena 2 (Program on Steam Explosion Resolution for Nuclear Applications). Presented thesis can be classed in the scientific field of nuclear safety and material science. It is aimed on the so-called "molten nuclear Fuel - Coolant Interaction" (FCI) that belongs among the recent issues of the nuclear reactor severe accident R&D. During the nuclear reactor melt down accident the melted reactor load can interact with the coolant (light water). This interaction can be located inside the vessel or outside in the case of vessel break-up. These two scenarios are commonly called in- and ex-vessel FCI and they differ in the conditions such as initial pressure of the system, water sub-cooling etc. The Molten fuel - coolant interaction can progress into thermal detonation called also "steam explosion" that can challenge the reactor or containment integrity. Recent experiments have shown that...

disertační práce Předkládaná disertační práce byla vypracována v rámci doktorátu "pod dvojím vedení" mezi Univerzitou Karlovou v Praze a Univerzitou ve Štrasburku (Francie). Práce využívala také zázemí Ústavu Anorganické Chemie AVČR, v.v.i a Francouzské komise pro jadernou energetiku (CEA Cadarache, Francie). Výsledky práce přispívají do projektu OECD/NEA Serena 2, zaměřeného na řešení problému parního výbuchu v jaderných aplikacích. Práce tematicky zapadá do oblasti jaderné bezpečnosti a vědy o materiálech. Hlavním zaměřením je tzv. "interakce roztaveného jaderného paliva s chladivem, která patří mezi současné vědní problémy těžkých havárií jaderných reaktorů. V případě těžké nehody jaderného reaktoru s roztavením vsádky může tavenina reagovat s chladivem (lehkou vodou), generovat velké tlakové rázy a ohrozit tím integritu jaderné nádoby nebo kontejmentu. Tato interakce může nastat uvnitř reaktorové nádoby nebo v případě jejího porušení v reaktorové šachtě. Tyto dva scénáře se lišší ve vstupních podmínkách (teplota, tlak) a mohou tedy vyvolat jiné následky. Interakce taveniny s vodou může dospět do stavu tzv. "termální detonace" nazývané také parní exploze. Současné experimenty ukázaly, že složení taveniny má významný vliv na výskyt a intenzitu takovéto exploze. Obzvláště velký rozdíl byl...