En reactores de agua a presión, las secuencias de accidente severo con rotura de tubos del generador de vapor (conocidas por sus siglas en inglés SGTR, Steam Generator Tube Rupture) son dominantes del riesgo, a pesar de ser sucesos de muy baja probabilidad. Su importancia reside en la potencial liberación de radiactividad, en forma de aerosol, que supondrían desde el circuito primario al medio ambiente, sin intervención de la contención. Sin embargo, las partículas radioactivas podrían retenerse parcialmente en el secundario del generador de vapor aun cuando no quedara agua en el mismo. La ausencia de información sobre la capacidad del generador de vapor para atenuar el Término Fuente en condiciones secas, ha impedido su consideración en los estudios probabilistas de seguridad y en las guías de gestión de accidentes severos.

Este trabajo describe las principales actividades y resultados de un programa experimental centrado en el estudio de la retención de aerosoles que se produce en la etapa de rotura del secundario de un generador de vapor seco. El trabajo está enmarcado en la contribución del CIEMAT al proyecto ARTIST (2003-2008) que ha sido financiada por el Consejo de Seguridad Nuclear. El objetivo general del trabajo fue desarrollar una base de datos de retención de productos de fisión en la etapa de rotura del secundario de un generador de vapor seco durante una secuencia SGTR de accidente severo. Los objetivos específicos del programa eran estimar tanto la influencia del campo de velocidades del gas, como la influencia de la naturaleza de las partículas en la retención de aerosoles en el haz de tubos. Para ello, se construyó una maqueta de tamaño intermedio con dimensiones y geometría representativas de una etapa un generador de vapor real. La caracterización aerodinámica del flujo en la etapa de rotura se realizó utilizando la técnica de velocimetría por imágenes de partículas (conocida por sus siglas en inglés PIV). La influencia de la naturaleza de la partícula en la retención se caracterizó a través de experimentos de retención del aerosol en el haz de tubos de la maqueta. Las variables más importantes investigadas fueron el tipo de rotura (guillotina vs boca de pez), el flujo másico de entrada a través de la rotura (75-250 kg/h) y el tipo de partícula (aglomerados de TiO2 de tamaño polidisperso vs perlas sólidas de SiO2 de tamaño monodisperso).

La campaña aerodinámica permitió caracterizar el campo de velocidades del flujo cerca de la rotura para ambos tipos de rotura y analizar sus similitudes. Los resultados mostraron que el chorro generado en la rotura se expande en el haz de tubos siguiendo una trayectoria cuasi-parabólica desarrollándose a partir de una configuración inicial en flujo cruzado perpendicular a los tubos hacia una configuración de flujo axial paralelo a los mismos. El campo de velocidades medio cerca de la rotura se ve afectado de manera importante por la ingestión del chorro de gas que estaba inicialmente en reposo. Este efecto está potenciado por la presencia de tubos y su compacta configuración en el haz. La penetración y la intensidad turbulenta del chorro son especialmente potenciadas cuando se aumenta el flujo másico de entrada.

Los resultados de la campaña de retención de aerosoles muestran que la naturaleza de la partícula afecta substancialmente a la retención en el haz de tubos: la masa retenida es baja para aglomerados de TiO2 (menos de un 30%) mientras que es mucho más alta en el caso de partículas de SiO2 (en torno al 85%). La eficiencia de retención también se ve afectada por el flujo másico de entrada y su sensibilidad sigue un comportamiento log-normal. Esta evolución es similar para ambos tipos de compuestos. El tamaño de partícula también influye en la eficiencia de retención: cuanto mayor es el aglomerado de TiO2 menor es la eficiencia de retención (no hay datos disponibles para SiO2). Entre todas estas variables, la naturaleza de la partícula es la que tiene la mayor influencia en la retención del haz de tubos, mientras que el flujo másico de entrada y el tamaño aerodinámico de las partículas, aunque también afectan a la eficiencia de retención, no juegan el mismo papel.

Estos datos contribuirán a mejorar el conocimiento del comportamiento del Termino Fuente en el secundario del generador de vapor accidentado durante una secuencia SGTR de accidente severo y servirán como base de datos con la que validar modelos predictivos.