TY - JOUR A1 - Zaghdoudi, Maha A1 - Kömmling, Anja A1 - Jaunich, Matthias A1 - Wolff, Dietmar T1 - Übersicht über laufende Untersuchungen zur Langzeitalterung von Elastomerdichtungen N2 - Eine Aufgabe des Fachbereichs 3.4 Sicherheit von Lagerbehältern der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) ist es, die Sicherheit von Behältern zur Lagerung von radioaktivem Abfall mit vernachlässigbarer Wärmeentwicklung zu bewerten. Da solche Behälter vor der Entsorgung transportiert und gelagert werden, ist während dieser Zeit ein sicherer Einschluss des radioaktiven Inhalts von größter Bedeutung. Zur Abdichtung dieser Behälter sind Elastomer-O-Ringe weit verbreitet. Um für solche, wie auch für viele andere Anwendungen, eine Voraussage über die Lebensdauer dieser Komponenten treffen zu können, ist es unerlässlich zu verstehen, welchen Einfluss der durch Alterung hervorgerufene Abbau auf Dauer auf die Elastomerdichtungen hat. In einem Langzeittest wurden drei Kautschukarten (EPDM und FKM, die für die Anwendung relevant sind, und HNBR als Vergleich) über mehrere Jahre untersucht. Dabei wurden die Veränderungen der mechanischen Eigenschaften (z. B. Härte und Bruchdehnung) bei vier verschiedenen Alterungstemperaturen (75 °C, 100 °C, 125 °C und 150 °C) sowie das Dichtungsverhalten betrachtet. Um den Einfluss von Vernetzung und Kettenspaltung auf die beobachteten Alterungseffekte zu bestimmen, wurden Messungen zur kontinuierlichen und intermittierenden Druckspannungsrelaxation durchgeführt. Dadurch konnten Erkenntnisse über Kinetik und Mechanismus der Abbaureaktionen gewonnen werden. Zur Einschätzung des Dichtungsverhaltens wurden Durckverformungsrest und Leckagerate gemessen. Die Ergebnisse zeigen, dass die O-Ringe unter statischen Bedingungen auch dann dicht halten, wenn die Werte für Druckverformungsrest, Druckspannungsrelaxation und mechanische Eigenschaften schon auf einen fortgeschrittenen Alterungsabbau hindeuten. Aus diesem Grund wurde ein modifizierter Dichtigkeitsversuch mit einer geringen und schnellen teilweisen Entlastung der Dichtung entwickelt, mit dessen Hilfe sich ein Lebensdauerkriterium bestimmen lässt, das eine Sicherheitsspanne für thermische Schrumpfung und Vibrationen beinhaltet. KW - Alterung KW - O-ring KW - Elastomer Dichtung PY - 2020 SN - 0176-1625 VL - 73 IS - 07-08 SP - 326 EP - 332 PB - Gupta CY - Ratingen AN - OPUS4-51207 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Zaghdoudi, Maha A1 - Weber, Mike A1 - Kömmling, Anja A1 - Jaunich, Matthias A1 - Wolff, Dietmar T1 - Simulation of compression set of epdm o-rings during aging N2 - It is common practice in the application of finite element analysis to model compression set (CS) of elastomers during aging with two different material models according to the two-network theory of Tobolsky. The theory relies on the existence of two networks. The first one represents the original network after vulcanization and is sensitive to chain scission. The second network accounts for the formation of additional crosslinking during aging. Besides the use of user subroutines to describe the two-network model, an element overlay technique is also needed as the full set of both material behaviors did not exist for assignment to a single element. This element overlay technique is valuable for research and developmental purposes but makes extension to industrial usage quite challenging. Our goal is to simulate the CS of elastomers after long-term aging in a commercial finite element software with no need for extra subroutine codes or mesh superposition. Ethylene propylene diene (EPDM) O-rings were aged in a compressed state at 75 °C, 100 °C, 125 °C and 150 °C for up to 183 days. Investigations of the experimental test results were used to identify material models and their parameters to develop a finite element model to simulate CS. The model was implemented in the finite element software ABAQUS/Standard® with a sequential temperature-displacement coupling. Regarding the influence of temperature, the Arrhenius equation is adopted for the time-temperature relationship. The activation energy value that is required for the simulation is firstly determined from shifting the experimental CS results with the time-temperature superposition technique and plotting the shift factors in an Arrhenius diagram. The experiments were compared with the simulation results. Afterwards different activation energies were used in the simulation and discussed. A suitable choice of the activation energy value with regard to the reference temperature and the test temperature is presented. With the chosen activation energies, the match between numerical CS values after long-term aging and the experimental results was improved. T2 - ASME 2022 Pressure Vessels & Piping Conference CY - Las Vegas, USA DA - 17.07.2022 KW - Simulation KW - Compression set KW - EPDM KW - Aging PY - 2022 SP - 1 EP - 9 AN - OPUS4-57370 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Zaghdoudi, M. A1 - Kömmling, Anja A1 - Jaunich, Matthias A1 - Wolff, Dietmar T1 - Oxidative ageing of elastomers: experiment and modelling N2 - During an extensive test programme at the Bundesanstalt für Materialforschung und prüfung, material property changes of EPDM O-rings were investigated at different ageing times and two ageing temperatures of 125 ◦ C and 150 ◦ C. To exclude possible diffusion-limited oxidation (DLO) effects that can distort the data, IRHD microhardness measurements were taken over the cross section of compressed O-rings. Continuous stress relaxation measurements were taken on samples free of DLO effects. The additional effect of physical processes to irreversible chemical ones during a long-term thermal exposure is quantified by the analysis of compression set measurements under various test conditions. By combining the different experimental methods, characteristic times relative to the degradation processes were determined. On the basis of experimental data, a microphysically motivated model that takes into account reversible and irreversible processes was developed. The parameter identification strategy of the material model is based on our experimental investigations on homogeneously aged elastomer O-rings. The simulated results are in good agreement with the experiments. KW - Compression Set KW - Compression stress relaxation KW - Modelling KW - Ageing KW - Microhardness PY - 2024 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-609332 DO - https://doi.org/10.1007/s00161-022-01093-9 VL - 36 SP - 289 EP - 297 PB - Springer Nature AN - OPUS4-60933 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Zaghdoudi, Maha A1 - Kömmling, Anja A1 - Jaunich, Matthias A1 - Wolff, Dietmar A1 - Albouy, P.-A. A1 - Häcker, Ralf A1 - Stock, Daniel T1 - Overview of ongoing research and future prospects on polyethylene neutron shielding materials at bam N2 - The extension of the interim storage period of radioactive waste before disposal will cause additional challenges for the nuclear waste management in Germany, so that an extensive knowledge of the long-term performance of casks, including their components and inventories, will be required for future extended storage licenses. Ultra-high and high molecular weight polyethylenes ((U)HMW-PE) are used for neutron shielding purposes in casks for storage and transport of spent fuel and high-level waste due to their extremely high hydrogen content. During their service life of several decades as cask components, the PE materials are exposed to neutron and gamma radiation from the radioactive inventory of the casks, mechanical assembling stresses and temperature. All these combined effects affect the material properties of such components which in turn may be crucial for some possible accident scenarios. At the Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), the effects of high temperature exposure in combination with subsequent or previous irradiation were investigated with a comprehensive aging program including thermal aging at 125 °C for different aging periods up to 5 years and irradiation with doses ranging from 50 to 600 kGy. This contribution provides an overview of the ongoing research related to the structural changes of (U)HMW-PE induced by gamma irradiation and high temperature exposure and focuses on current research perspectives at BAM with regard to the prediction of the dynamic behavior of the material during extended interim storage in case of an accident scenario. First results of the coupled effect of temperature, radiation and mechanical loading will be presented. The effect of microstructural changes induced by gamma irradiation and high temperature on the mechanical behavior of (U)HMW-PE will be assessed. T2 - PATRAM22 CY - Juan-Les-Pins, Antibes, France DA - 11.06.2023 KW - (U)HMWPE KW - Ageing KW - Irradiation KW - WAXD KW - SHPB PY - 2023 SP - 1 EP - 10 AN - OPUS4-57707 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Zaghdoudi, Maha A1 - Kömmling, Anja A1 - Jaunich, Matthias A1 - Wolff, Dietmar T1 - Overview of ongoing long-term ageing investigations on elastomer seals N2 - At the Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) in Division 3.4 Safety of Storage Containers, one of our tasks is to evaluate the safety of containers designed for disposal of low and intermediate radioactive waste. As such containers might be transported before and stored until disposal, safe enclosure of the radioactive inventory is important for this time span. Elastomer O-rings are widely used as barrier seals in these containers. Thus, as for many other applications, an understanding of the practical effects of ageing degradation on elastomer seals during long-term exposure is mandatory for predicting the lifetime of such components. According to a long-term test programme on three kinds of rubbers (EPDM and FKM (relevant for application), HNBR (for comparison)), over several years we have studied the degradation and the change of mechanical properties (e.g. hardness, strain at break) at four different ageing temperatures (75 °C, 100 °C, 125 °C and 150 °C) as well as the change of sealing properties. Continuous and intermittent compression stress relaxation (CSR) measurements were performed in order to investigate the respective contribution of crosslinking and chain scission to the observed degradation effects. Thus, the degradation kinetics and mechanisms could be resolved more clearly. For assessing the seal performance, compression set (CS) and leakage rate measurements were conducted. The experimental results showed that the O-rings remained leak-tight under purely static conditions even when CSR, CS and mechanical properties already indicated far advanced degradation. For this reason, a modified leakage test involving a small and rapid partial decompression of the seal was developed that enabled determining an end-of-lifetime criterion for O-rings with a safety margin for thermal shrinkage and vibrations. KW - Seal KW - O-Ring KW - Ageing KW - Component tests PY - 2020 SN - 1863-7116 VL - 15 IS - 3 SP - 146 EP - 151 PB - Gupta CY - Ratingen AN - OPUS4-51161 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - RPRT A1 - Herold, Christian A1 - Orellana Pérez, Teresa A1 - Völzke, Holger A1 - Wolff, Dietmar T1 - Nationaler und Internationaler Stand zu bereits existierenden Anforderungen und Konzepten für Endlagerbehälter und Zusammenstellung sicherheitsrelevanter Behältereigenschaften; Bericht zum Arbeitspaket 1 des FuE-Verbundvorhabens KoBrA N2 - Im hier vorliegenden Bericht wurde im Rahmen einer umfassenden Literaturrecherche der nationale und internationale Stand von Wissenschaft und Technik hinsichtlich Behälterkonzepten und Behälteranforderungen erfasst. Dabei wurde eine umfangreiche Dokumentensammlung zusammengestellt und sortiert, die als Quellenbasis für alle weiteren Arbeiten zur Verfügung steht. Die Auswertung der gesammelten Informationen resultiert in einem Überblick über internationale Behälterentwicklungen sowie einer detaillierten Übersicht über die Behälterkonzepte und die ihnen zugrundeliegenden Anforderungskataloge aus elf fortgeschrittenen Endlagerprogrammen. KW - Endlager KW - Behälter KW - Sicherheitsanforderungen KW - Hochradioaktive Abfälle PY - 2020 DO - https://doi.org/10.2314/KXP:1759195804 N1 - Auftraggeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi), Förderkennzeichen: 02E11537. SP - 1 EP - 284 PB - Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) CY - Berlin AN - OPUS4-53117 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CHAP A1 - Droste, Bernhard A1 - Wolff, Dietmar A1 - Bevilacqua, A. A1 - Reiche, I. A1 - Harvey, J. A1 - Hirose, M. A1 - Kumano, Y. A1 - McConnell, P. A1 - Saegusa, T. A1 - Einziger, R. ED - González-Espartero, A. T1 - Methodology for a Safety Case of a Dual Purpose Cask for Storage and Transport of Spent Fuel N2 - Spent nuclear fuel which is generated in the operation of nuclear reactors needs to be safely managed following its removal from the reactor core. On-site power reactor storage pools were designed on the assumption that after a short period of time spent nuclear fuel would be removed for reprocessing and disposal or further storage elsewhere. The amount of highly radioactive spent fuel that needs to be stored over longer periods of time is growing and additional storage capacity is required. One of the widely used options for additional storage capacity is the use of casks for dry storage of spent fuel. Among various existing dry storage concepts, several Member States are utilizing a concept of dual purpose casks (DPCs). This publication provides practical advice on the structure and contents of a DPC integrated safety case with reference to existing IAEA requirements relevant to the licensing and use of transport and storage casks for spent fuel. KW - Dual Purpose Cask KW - Spent Fuel KW - Storage KW - Transport PY - 2020 UR - https://www.iaea.org/publications/10966/methodology-for-a-safety-case-of-a-dual-purpose-cask-for-storage-and-transport-of-spent-fuel SN - 978-92-0-131620-2 SN - 1011–4289 SP - 1 EP - 109 PB - IAEA Publishing Section CY - Vienna, Austria AN - OPUS4-51962 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - GEN A1 - Goral, Milan A1 - Kömmling, Anja A1 - Probst, Ulrich A1 - Wossidlo, Peter A1 - Jaunich, Matthias A1 - Wolff, Dietmar A1 - Völzke, Holger T1 - Langzeitversuche über 10 Jahre an Federkern-Metalldichtungen mit Aluminium- bzw. Silberummantelungen N2 - Federunterstützte Metalldichtungen mit Aluminium(Al)- oder Silber(Ag)-Ummantelung werden u.a. in Behältern für Wärme entwickelnde radioaktive Abfälle eingesetzt, da diese Dichtungen eine sehr gute Dichtheit gewährleisten sowie Langlebigkeit und Beständigkeit gegenüber erhöhten Temperaturen und radioaktiver Strahlung aufweisen. Auch wenn die Sicherheit solcher Behälter und der verwendeten Dichtungen vielfach belegt wurde, sind sie Gegenstand andauernder Forschung, etwa im Hinblick auf eine absehbar benötigte verlängerte Zwischenlagerdauer. Aus diesem Grund werden an der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) im Fachbereich 3.4 „Sicherheit von Lagerbehältern“ seit über 20 Jahren Versuche an solchen Metalldichtungen durchgeführt. Dabei sollen zusätzliche Erkenntnisse hinsichtlich der Sicherheitsreserven der Dichtungen in unterstellten Störfallszenarien (axiale Bewegung des Deckelsystems bzw. Aufweitung der Nutgeometrie) und insbesondere detailliertere Erkenntnisse zum Langzeitverhalten gewonnen werden. KW - Federunterstützte Metalldichtungen KW - Transport- und Lagerbehälter für radioaktive Stoffe KW - Langzeitversuche KW - Alterung KW - Dichtheit KW - Leckagerate KW - Helium-Dichtheitsprüfung PY - 2023 VL - 2023 SP - 43 EP - 63 PB - ISGATEC GmbH CY - Mannheim AN - OPUS4-56399 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - RPRT A1 - Herold, Christian A1 - Völzke, Holger A1 - Wolff, Dietmar A1 - Orellana Pérez, Teresa A1 - Bollingerfehr, W. A1 - Wunderlich, A. A1 - Prignitz, S. T1 - Herleitung und Zusammenstellung der Anforderungen an Endlagerbehälter für ein HAW-Endlager in den drei potenziellen Wirtsgesteinen Steinsalz, Tonstein und Kristallingestein; Bericht zum Arbeitspaket 3 des FuE Verbundvorhabens KoBrA N2 - Der Bericht zum Arbeitspaket 3 baut auf den Ergebnissen der internationalen Recherche (AP1) sowie der Zusammenstellung der Randbedingungen und Beanspruchungsgrößen für die Endlagerbehälter (AP2) auf. Die Anforderungen an die Behälter – regulatorische, betriebliche sowie solche aus der Standortgeologie und den Einwirkungen und Prozessen, denen die Behälter ausgesetzt sind – werden hergeleitet und systematisch dargestellt. Die für das Endlagersystem zu betrachtenden Nutzungsphasen werden aus den regulatorischen Anforderungen hergeleitet und charakterisiert. Die Einwirkungen auf die Behälter in den drei potenziellen Wirtsgesteinen sowie die sich für die Erfüllung der Sicherheitsfunktionen des Behälters als Teil des Endlagersystems ergebenden Behälterfunktionen werden ebenfalls wirtsgesteins- und zeitphasenabhängig betrachtet. Schließlich werden aus den Einwirkungen auf die Behälter und den Anforderungen an die Behälterfunktionen auch quantifizierbare Behälterfunktionen für alle drei potenziellen Wirtsgesteine abgeleitet. KW - Endlager KW - Behälter KW - Sicherheitsanforderungen KW - Hochradioaktive Abfälle PY - 2020 UR - https://www.bge-technology.de/fileadmin/user_upload/MEDIATHEK/f_e_berichte/KoBrA/2020-KoBrA_Bericht_AP3.pdf N1 - Auftraggeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi), Förderkennzeichen: 02E11527 und 02E11537. SP - 1 EP - 254 PB - BGE Technology CY - Peine AN - OPUS4-53119 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - RPRT A1 - Herold, Christian A1 - Völzke, Holger A1 - Orellana Pérez, Teresa A1 - Wolff, Dietmar A1 - Bollingerfehr, W. A1 - Wunderlich, A. A1 - Prignitz, S. T1 - Erarbeitung von Vorschlägen für mögliche Behälterkonzepte in den drei potenziellen Wirtsgesteinen Steinsalz, Tonstein und Kristallingestein; Bericht zum Arbeitspaket 4 des FuE Verbundvorhabens KoBrA N2 - Dieser Bericht untersucht die im ersten Arbeitspaket ermittelten vorhandenen bzw. entwickelten Behälterkonzepte dahingehend, inwieweit die jeweiligen Behälterfunktionen unter den im zweiten und dritten Arbeitspaket ermittelten Randbedingungen und Einwirkungen den im dritten Arbeitspaket ermittelten Anforderungen an endlagerfähige Behälter in einem deutschen Endlager genügen. Zum anderen sollen, basierend auf den im zweiten Arbeitspaket ermittelten Randbedingungen und den im dritten Arbeitspaket hergeleiteten und zusammengestellten Anforderungen an die Endlagerbehälter, Vorschläge für mögliche generische Endlagerbehälter in den drei potenziellen Wirtsgesteinen Steinsalz, Tonstein und Kristallingestein erarbeitet werden. Die im ersten Arbeitspaket recherchierten Behälterkonzepte, deren Entwicklungslinien und zugrundeliegende Behälteranforderungen bilden hier den Ausgangspunkt für weitergehende Überlegungen hinsichtlich ihrer potenziellen Eignung für ein zukünftiges deutsches Endlager und zur Skizzierung generischer Konzepte für zukünftige Endlagerbehälter. KW - Endlager KW - Behälter KW - Sicherheitsanforderungen KW - Hochradioaktive Abfälle PY - 2020 DO - https://doi.org/10.2314/KXP:1759194123 N1 - Auftraggeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi), Förderkennzeichen: 02E11537. SP - 1 EP - 76 PB - Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) CY - Berlin AN - OPUS4-53118 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -