Effects of process-generated hydrogen on RPV walls

Samenvatting Het reactordrukvat is een belangrijk onderdeel in het veiligheidssysteem van een drukwaterrector. In 2012 werden er verschillende foutindicaties ontdekt in de reactor- drukvaten van Doel 3 en Tihange 2 in België. Deze indicaties werden geïdentificeerd als waterstofvlokken, ook wel waterstofscheurtjes genoemd. De fouten zijn vooral geconcentreerd in de twee ringen van het drukvat die het dichtst bij de kern van de reactor gelegen zijn. Aangezien deze fouten het gevolg zijn van de aanwezigheid van waterstof, legt dit werk zijn focus op de evolutie van waterstofgas en waterstof atomen in het reactordrukvat. Deze evolutie wordt onderzocht tijdens zowel normale operatieve condities als tijdens mogelijke ongevallen en incidenten. Drie verschillende bronnen van waterstof werden geïdentificeerd, i.e. opgelost waterstof in het primaire water van de reactor, waterstof gevormd door corrosie van het reactordrukvat en radiolyse van het primaire water. Deze verschillende bronnen van waterstof wer- den gequantificeerd door middel van chemische modellen en eerder gerapporteerd onderzoek. Wanneer de grootte van de verschillende bronnen gekend is, wordt het mogelijk om de overeenkomstige waterstofdruk in the wand van het reactordrukvat te bepalen voor de verschillende condities die worden beschouwd. Ten eerste is er de warme operatieve conditie. Hier draait de reactor aan 100% van zijn vermogen in de normale omstandigheden. Berekeningen volgens het model hebben gewezen op een waterstof productie als gevolg van radiolyse die resulteren in een mechanische waterstofdruk van 1.5 10 5 atm. Corrosie resulteert slechts in een overeenkomstige waterstofdruk van 3.62 Pa voor de meest pessimistische en conservatieve corrosie condities. Vervolgens is er ook de koude uitschakeling van de reactor. Hierbij wordt de reactor over een periode van ongeveer 25 uur uitgeschakeld en afgekoeld tot kamertemperatuur. In deze omstandigheden gaan de mechanische waterstofdrukken als gevolg van radiolyse en corrosie in the reactorwand toenemen tot respectievelijk, 1.7 10 5 atm en 166–1.3 10 5 Pa. Tenslotte, wordt ook een ongeval beschouwd, i.e. een thermische schok onder druk. De reactor wordt dan heel snel afgekoeld met extern koelwater. De grote temperatuursverschillen in de wand van de reactor samen met de hoge druk die mogelijks wordt opgebouwd, zorgen dan voor extra spanningen en krachten in het materiaal. Hierbij komt nog de waterstofdruk als gevolg van de gevormde waterstof door radiolyse en corrosie. Deze druk werd berekend en is gelijk aan 1.6 10 5 atm als gevolg van radiolyse en tot 4.7 10 4 door corrosie. Eerder onderzoek heeft uitgewezen dat een druk met een grootteorde van enkele GPa kan zorgen voor een verdere groei van scheurtjes in staal. Dit komt exact overeen met de gevonden mechanische drukken in de wand van een reactorvat. Hierdoor, kan dit werk geen uitsluitsel bieden over de stabiliteit van waterstofvlokken in de stalen wand van een reactordrukvat. iii