Modellierung des Druckanstiegs in einem Flüssighelium-Behälter bei Zusammenbruch des Isoliervakuums

摘要

Der sicherheitstechnischen Auslegung von Flüssighelium-Kryostaten, welche zum Betrieb supraleitender Magnete eingesetzt werden, kommt auf Grund der besonderen Bedingungen (niedrige Temperaturen, geringe Verdampfungsenthalpie des flüssigen Heliums) eine besondere Bedeutung zu. Der maximale Störfall für die Auslegung der Sicherheitseinrichtungen solcher Systeme ist oft durch den plötzlichen Verlust des Isoliervakuums gekennzeichnet. Zwar existieren für die sicherheitstechnische Auslegung von Druckbehältern nach 97/23/EG (DGRL) bereits etablierte Regelwerke (z.B. AD-2000, DIN); die in der Kryotechnik auftretenden Bedingungen sind darin aber nur unzureichend oder gar nicht erfasst. Die Auslegung der Sicherheitseinrichtungen basiert daher i.d.R. auf Erfahrungen und einer sehr begrenzten Auswahl experimenteller Daten. In dieser Arbeit wurde auf Basis grundlegender theoretischer Überlegungen ein weitgehend analytisches Modell entwickelt, mit welchem das sehr dynamische Verhalten des Helium-Druckanstiegs während eines solchen Störfalls abgebildet werden kann. Da nicht alle Teilaspekte des Wärme- und Stofftransports analytisch beschrieben werden können, enthält das Modell eine Reihe von Parametern, die im weiteren Verlauf durch gezielte experimentelle Untersuchungen bestimmt werden sollen.