Dryout: Vermeidung von unzureichend gekühlten Brennstäben
Im Reaktor wird durch die Kernspaltung im Brennstoff in den Brennstäben Wärme erzeugt. Diese wird über das Kühlmittel (Wasser) abgeführt. Um eine optimale Kühlung der Brennstäbe zu gewährleisten, müssen die Hüllrohre immer mit einem Wasserfilm bedeckt sein. Sollten sie dennoch an einzelnen Stellen nicht vollständig mit Wasser bedeckt sein, spricht man von „Dryout“ – also Austrocknung.
Das Wasser, das den Reaktor durchströmt, hat zwei Funktionen: einerseits die Moderation der Neutronen, um die kontrollierte Kettenreaktion (Kernspaltung) aufrecht zu erhalten; andererseits die Kühlung der Brennstäbe, die in Bündeln zu Brennelementen zusammengefasst sind. Mit der Kühlung geht die Wärmeabfuhr aus dem Reaktor einher. In einem Siedewasserreaktor kocht das Wasser. Der Dampf, der dabei entsteht, wird direkt zur Turbine geleitet.
Um eine ausreichende Kühlung der Brennstäbe zu gewährleisten, müssen sie permanent von einem Wasserfilm bedeckt sein. Ist dies nicht der Fall, spricht man von einem Dryout, das heisst von einem Austrocknen des Flüssigkeitsfilms entlang der Hüllrohre. Dadurch verschlechtert sich der Wärmeübergang zum Kühlmittel, wodurch sich der Brennstab stärker aufheizt. Das Hüllrohr, das den Brennstoff umgibt, oxidiert dann deutlich schneller. Hält dieser Zustand über längere Zeit an, kann der Brennstab seine Integrität verlieren.
Bei einem Dryout sind die Brennstäbe nicht mehr vollständig mit einem Wasserfilm bedeckt, da das Wasser bereits in Dampf übergegangen ist. Solche „trockenen“ Stellen heizen sich stark auf und oxidieren daher stärker.
Grenzwert zur Verhinderung des Dryouts
Um Dryout zu vermeiden, gibt es in Siedewasserreaktoren einen sogenannten thermohydraulischen Grenzwert („critical power ratio“, CPR). Dieser ist in der technischen Auslegung berücksichtigt und wird laufend überwacht. Die Reaktoroperateure müssen darauf achten, dass sie diesen Grenzwert während des Betriebs des Reaktors dauernd einhalten.
Bei den jährlichen Revisionen der Kernkraftwerke wird eine Auswahl der Brennelemente, die im vorhergehenden Zyklus im Einsatz waren, inspiziert. Dabei wird unter anderem auch geprüft, ob die Brennstäbe Zeichen von deutlich erhöhter Oxidation zeigen. Solche Anzeichen – insbesondere im oberen Bereich der Brennstäbe – können auf das Auftreten von Dryout hindeuten.