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1. Die Schäden an den Brennelementen seien keine Dryout-Schäden, sondern sind ein CRUD-Phänomen.
a. Bestätigt sich der Verdacht CRUD?
Hinweis zur Fragestellung: Beim CRUD handelt es sich nicht um «Schäden an den Brennelementen», sondern um Ablagerungen bzw. Verfärbungen auf einzelnen Brennstäben.
Bei den V-Marken an den Stäben handelt es sich definitiv um CRUD: Drei Stäbe wurden im PSI metallographisch untersucht. 83 Stäbe wurden im KKL mittels Wirbelstrommessungen untersucht. Von 20 Stäben wurden im KKL CRUD-Proben genommen und im PSI chemisch analysiert.
Damit wurde bestätigt, dass die V-Marken aus Ablagerungen von zinkreichen Verbindungen bestehen und dass dadurch die Hüllrohrwandstärke zu keiner Zeit beeinträchtigt war.
b. Wie entsteht CRUD?
CRUD ist eine normale Begleiterscheinung jedes Reaktorbetriebs.
CRUD beschreibt generell eine Ablagerung aus dem Reaktorwasser auf dem Brennstoff. Dabei handelt es sich üblicherweise um Korrosionsprodukte aus dem Primärkreislauf. Typischerweise besteht CRUD aus Fe, Cr, Ni und Zn-Spinell.
Herkömmliches CRUD lagert sich jedoch eher homogen ab. Die Ablagerungen an den KKL-Brennstäben sind v-förmig und werden deshalb als V-Marken bezeichnet. Diese Form ist aus anderen KKW nicht bekannt.
In unserem Fall bestehen die V-Marken hauptsächlich aus Zinkoxid und Zinksilikat aus dem Reaktorwasser.
c. Welchen Einfluss hat CRUD auf die Barrierewirkung der Hüllrohre?
Die Hüllrohrwandstärke wurde durch die V-Marken nicht geschwächt. Die mechanischen Kenngrössen des Hüllrohres aus Zr-Legierung blieben stets im Bereich der Auslegungswerte, also vergleichbar mit neuen Brennelementen.
Härteuntersuchungen an den betroffenen Stabbereichen ergaben minimal reduzierte Werte. Dieses Ergebnis ist mit einer leicht erhöhten Temperatur (siehe letztes TFK) am Hüllrohr konsistent. Diese Bereiche zeigten keine erhöhte Korrosion.
Thermische Analysen zeigten Temperaturerhöhungen von 50 bis maximal 100 °C aufgrund des thermisch isolierenden Effekts der CRUD-Schicht.
Insgesamt bestätigen die Untersuchungen, dass auch Brennstäbe mit starkem CRUD-Aufbau ihre Barrierefunktion für den Rückhalt radioaktiver Stoffe vollumfänglich erfüllten, sowohl während des Normalbetriebes als auch unter zu unterstellenden Störfallbedingungen.
d. Gibt es aufgrund der neuen Erkenntnis bezüglich CRUD neue Rückschlüsse zu früheren Problemen bei den Brennstäben?
Die Befunde, welche ab 2015 in den Betriebszyklen 28 bis 32 beobachtet wurden, können alle auf CRUD zurückgeführt werden. Die Inspektionen zeigten, dass dieses Phänomen früher nicht aufgetreten war.
Der Brennstoffschaden aus dem Jahr 2014 stellt mit den aktuellen Untersuchungen, Erkenntnissen und Analysen einen Einzelfall dar, der durch sogenannte Dampftaschenbildung im Bereich der V-Marke und nachfolgender Korrosion erklärt wird. Mehrere internationale, unabhängige Experten stützen und bestätigen diese Erklärung.
2. Warum traten diese Schäden nur in Leibstadt auf?
Aus der aufwendigen Analyse wurden mehrere Einflüsse respektive Parameter identifiziert, die bei der Erzeugung von V-Marken wichtig sind. Die vier Einflüsse (inkl. Parameter) sind:
- Wasserchemie,
- mechanische Auslegung des Brennelements,
- nukleare Auslegung des Brennelements und Kerns,
- thermo-hydraulische Eigenschaften des Reaktortyps.
Keiner dieser Parameter stellt, einzeln betrachtet, im KKL in Bezug auf die Siedewasserreaktorflotte einen Sonderfall/eine Ausnahme dar. Jedoch führte die Parameterkombination, wie sie im KKL während der Zyklen 28 bis 32 auftrat, zur CRUD-Bildung.
3. Hat man mit den getroffenen Massnahmen (keine Volllast, Wärmeproduktion des Brennelements verringern) das Problem in den Griff bekommen?
Es zeigte sich im Rahmen der vergangenen Brennelement-Inspektionskampagnen, dass die ab anfangs 2017 eingesetzten Massnahmen bis heute erfolgreich sind:
- reduzierter Kerndurchfluss,
- limitierte Bündelleistung des betroffenen Brennelementtyps,
- Einsatz eines anderen Brennelementtyps.
Die identifizierten Einflüsse wurden angepasst. Damit lässt sich eine Kombination kritischer Parameter vermeiden. Auf eine Anpassung der Wasserchemie wird aktuell verzichtet, da die Zink-Einspeisung aus Strahlenschutzgründen für das Personal wichtig ist.
Alle Inspektionen zeigten: V-Marken sind seither (seit Zyklus 33) nicht mehr aufgetreten.
4. Wie kann man ausschliessen, dass bei Volllast diese Probleme wieder auftreten?
Die Limitierungen für den befundbehafteten Brennelementtyp werden bis auf Weiteres eingehalten (7.35 MW Bündelleistung). Der Kerndurchsatz bleibt nach wie vor bei 95 % beschränkt.
Die während der Jahreshauptrevision 2019 neu im Kern eingesetzten Brennelemente haben ein anderes Design, bei dem niemals v-förmige Ablagerungen festgestellt wurden und somit keiner Limitierung unterliegen. Selbstverständlich werden diese Brennelemente in der Jahreshauptrevision 2020 nach V-Marken untersucht.
Parallel zu den betrieblichen Massnahmen sind am befundbehafteten Brennelementtyp Anpassungen vorgesehen, damit das KKL künftig wieder über mehrere Optionen an Brennelement-Konfigurationen verfügt.
5. Werden die bestimmten Brennelemente an den bestimmten Stellen in der diesjährigen Revision auf diese Schäden untersucht?
Alle Brennelemente auf den festgestellten, exponierten Positionen wurden in der Jahreshauptrevision 2019 inspiziert. Es wurden keinerlei Anzeichen für V-Marken beobachtet.
Das KKL wird dem ENSI auch für die neu eingesetzten Brennelemente eines anderen Typs ein Inspektionsprogramm vorlegen. Während der Jahreshauptrevision 2020 werden die neu verwendeten Elemente dann ebenfalls auf allfällige Anzeigen hin inspiziert.
Zusammenfassung
Die ursprüngliche, konservative Annahme, dass die Befunde auf Local Dryout zurückzuführen sind, kann heute ausgeschlossen werden. Es handelte sich um v-förmige lokale CRUD-Ablagerungen.
Die Untersuchungen ergaben, dass diese V-Marken die Barrierenwirkung des Hüllrohrs nicht reduzieren. Die Sicherheit wurde durch die V-Marken nicht beeinträchtigt.
Der Brennstoffschaden 2014 ist als Einzelfall einzustufen, der durch Bildung sogenannter Dampftaschen erklärt wird. Das Vermeiden eines systematischen Auftretens von V-Marken schliesst auch derartige Brennstoffschäden für die Zukunft aus.
Das Vorgehen zur Analyse und bei der geänderten Betriebspraxis von 2016 bis heute war in jeder Phase wohlbegründet und stets sicherheitsgerichtet.