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 - CONF A1 - Völzke, Holger A1 - Wolff, Dietmar A1 - Orellana Pérez, Teresa A1 - Herold, Christian A1 - Bollingerfehr, W. A1 - Wunderlich, A. A1 - Prignitz, S. T1 - Anforderungen an Behälter für die Endlagerung hochradioaktiver Abfälle in Steinsalz, Tonstein und Kristallingestein N2 - Bei der Auswahl eines Standortes für ein Endlager für hochradioaktive Abfälle (Wärme entwickelnde radioaktive Abfälle und ausgediente Brennelemente) in Deutschland werden auf Grundlage des Standortauswahlgesetzes von 2017 die drei potenziellen Wirtsgesteine Steinsalz, Tonstein und Kristallingestein in Betracht gezogen. Die Auswahl eines konkreten Endlagerstandortes steht dabei in engem Zusammenhang mit den für die jeweiligen Wirtsgesteine geeignet erscheinender Endlagersystemen. Zentraler Bestandteil dieser Endlagersysteme sind die Endlagerbehälter, deren Gestaltung und Auslegung maßgeblich die Randbedingungen für die Transport- und Einlagerungstechnik vorgibt und zudem die Nachweise zur Betriebs- und Langzeitsicherheit entscheidend prägt. Daher ist es für die Behälterentwicklung erforderlich, die an Endlagerbehälter zu stellenden Anforderungen systematisch herzuleiten. Auf dieser Grundlage können anforderungsgerechte Endlagerbehälter zielgerichtet für die jeweils zu untersuchenden Endlagerstandorte in unterschiedlichen Wirtsgesteinen entwickelt werden. Dieser Beitrag fasst die wesentlichen Ergebnisse des von BAM und BGE TECHNOLOGY GmbH im Zeitraum 2017 bis 2020 bearbeiteten und vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) geförderten Forschungsvorhabens KoBrA zusammen, die in einem Abschlussbericht und vier zugehörigen Teilberichten umfassend dokumentiert sind. T2 - Tage der Standortauswahl CY - Freiberg, Germany DA - 11.02.2021 KW - Endlager KW - Behälter KW - Sicherheitsanforderungen KW - hochradioaktive Abfälle PY - 2021 SP - 1 EP - 10 AN - OPUS4-53114 LA - deu 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 - 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 - 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 - Völzke, Holger A1 - Herold, Christian A1 - Wolff, Dietmar A1 - Orellana Pérez, Teresa A1 - Bollingerfehr, W. A1 - Prignitz, S. A1 - Wunderlich, A. T1 - Abschlussbericht zum FuE-Verbundvorhaben KoBrA: Anforderungen und Konzepte für Behälter zur Endlagerung von Wärme entwickelnden radioaktiven Abfällen und ausgedienten Brennelementen in Steinsalz, Tonstein und Kristallingestein N2 - Im Forschungsvorhaben KoBrA werden Anforderungen an Endlagerbehälter für hochradioaktive Abfälle erstmals systematisch und unter Berücksichtigung des internationalen Standes von Wissenschaft und Technik hergeleitet. Parallel werden die behälterrelevanten Randbedingungen und Beanspruchungsgrößen für Endlagerbehälter in den drei potenziellen Wirtsgesteinen Steinsalz, Tonstein und Kristallingestein ermittelt. Darauf aufbauend werden die zur Erfüllung der Anforderungen unter den gegebenen Einwirkungen und Beanspruchungen notwendigen Behälterfunktionen bestimmt und erste Konzeptideen für zukünftige Endlagerbehälter diskutiert bzw. entwickelt. KW - Endlager KW - Behälter KW - Anforderungen KW - Hochradioaktive Abfälle KW - Wirtsgestein PY - 2020 DO - https://doi.org/10.2314/KXP:1750909669 N1 - Auftraggeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi), Förderkennzeichen: 02E11527 und 02E11537. SP - 1 EP - 110 PB - BGE Technology CY - Peine AN - OPUS4-52289 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Orellana Pérez, Teresa A1 - Völzke, Holger A1 - Wolff, Dietmar A1 - Zencker, Uwe T1 - Relevance of cladding failure mechanisms due to zirconium hydride precipitation under extended dry storage conditions in Germany N2 - The German nuclear waste management strategy consists of dry interim storage of spent fuel inside dual purpose casks and its subsequent direct final disposal in a deep geological repository. Interim storage is limited to 40 years so far, but will have to be extended until repository site selection and operation is concluded, potentially up to 100 years. In this context, research on the long term performance of safety relevant cask components and fuel rod integrity during such extended periods of time is of outmost importance. The barrier function of the fuel cladding depends on its integrity under operational and accidental conditions along with storage and subsequent transportation and is mainly affected over time by altering of the cladding microstructure and by thermo-mechanical conditions during reactor operation and subsequent wet and dry storage. This paper focuses on failure mechanisms regarding cladding embrittlement caused by physical phenomena concerning hydrogen dissolution and precipitation of hydrides in the zirconium matrix. Within this context, potential cladding integrity issues under extended interim storage conditions followed by transportation are emphasized. Delayed hydride cracking (DHC) is a well-known time-dependent temperature-activated phenomenon failure mechanism of the fuel cladding during reactor operation. The phenomenon consists of hydrogen diffusion and hydride precipitation at the tip of an initial crack and the propagation of the crack to an approximate distance equal to the length of the hydride. This failure mechanism is temperature-activated phenomenon and enhances along with thermal cycling of the fuel cladding, e. g. during reactor shutdowns. DHC shows limited relevance under quasi static storage conditions with continuously lowering temperatures. However, the literature points that DHC may occur when the temperature during storage decreases to a certain level after some decades and in combination with stress concentrations in the cladding material. When spent fuel is transferred to dry storage by vacuum drying, the cladding temperature raises up to peak temperatures of ~370°C. Under these conditions, hydrides dissolute into the zirconium matrix up to the solubility limit defined by the peak temperature and this amount of hydrogen can precipitate in a radial re-oriented fashion due to the temperature decrease during storage. Cladding materials with radially precipitated hydrides show significant embrittlement. Radially oriented hydrides are perpendicularly oriented to hoop stresses representing the most critical configuration. Brittle failure of the cladding then occurs by crack propagation through radially oriented hydrides and finally through the zirconium matrix. The susceptibility to radial hydride precipitation depends on cladding material type and microstructure, hydrogen content, pre-drying hydride distribution, irradiation conditions, and temperature and stress histories during drying and storage operations. This paper addresses major considerations concerning spent fuel cladding embrittlement due to hydride precipitation with regard to the boundary conditions of dry spent fuel storage in Germany. Analytical, numerical, and experimental approaches are to be discussed by BAM in order to identify the specific needs for future R&D work in that area with the purpose to provide the necessary data base for proper safety demonstration and evaluation along with future extended storage licensing procedures. T2 - 2017 Water Reactor Fuel Performance Meeting CY - Jeju, Korea DA - 10.09.2017 KW - Cladding KW - Hydride precipitation KW - Spent fuel PY - 2017 SP - 1 EP - 8 AN - OPUS4-44749 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CHAP A1 - Völzke, Holger A1 - Wolff, Dietmar ED - Saegusa, T. ED - Sert, G. ED - Völzke, Holger ED - Wille, Frank T1 - Long-term metal seal performance N2 - For the long-term storage of spent nuclear fuel and other high-Level radioactive waste, dual purpose casks for the transportation and storage are widely used. Usually, these casks consist of a thick-walled monolithic cask body and a bolted double barrier lid System equipped with metal seals (consisting of an inner helical spring and two outer metal layers with a total cross-section diameter between 5 and 10 mm) to ensure the long-term safe confinement of the radioactive inventory. Based on analytical and experimental studies, such metallic Systems have been qualified of storage periods of up to four decades so far as long as proper manufacturing and assembling conditions are met. More than 20 years of Operation experience with a permanently increasing number of casks has shown full compliance with the expectations. In the meantime many countries have to face a significant delay of establishing a high-level radioactive waste repository what leads to Need for extending interim storage periods for probably 60, 80 or 100 years. For that reason the long-term performance of metal seals for such time periods is of specific internst to demonstrate their sufficient safety function and specific investigations have already been launched, e.g. by BAM, to gain more experimental data and to develop validated models to extrapolate the seal performance to longer periods of time and or requested temperature levels. KW - Metal Seal KW - Container KW - Safety KW - radioactive waste PY - 2018 SN - 978-981-3234-03-1 SP - Chapter 20, 293 EP - 303 PB - World Scientific CY - Singapore AN - OPUS4-47669 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Völzke, Holger A1 - Wolff, Dietmar T1 - Update on the German approach of storing spent nuclear fuel in dual purpose casks until final disposal N2 - The German approach of storing spent nuclear fuel in dual purpose casks until final disposal is based on individually licensed storage sites concerning specific nuclear inventories and dual purpose cask types. The currently approved license period is maximum 40 years. With nuclear policy changes including the phase-out decision of 2011 and a new approach for the HLW repository siting process set up 2013 by law also the spent fuel and HLW management strategy has to be adapted. This includes the timely development of disposal container concepts as part of the overall repository siting process and the need for longer interim storage periods until final disposal. Other aspects affect new regulations about the financing of the nuclear waste management by the industry and the public sector, the restructuring of responsible authorities in 2016/2017 and the adaption of R&D funding programs addressing also pre-disposal (or extended interim storage) issues. BAM as a Federal Research Institute has been responsible for or in charge of container safety Evaluation for transport and storage casks for radioactive waste for several decades and started addressing potential Extended interim storage issues already several years ago. This included participation in international projects at the IAEA or in the U.S. Extended Storage Collaboration Program (ESCP) as well as long term laboratory tests with metal seals, elastomeric seals and polymers for neutron shielding purposes. Test results of BAM are published regularly and gained data provide valuable information about thermo-mechanical and radiological degradation effects as well as the long term Performance of respective cask components. Regarding the reliable extrapolation and prediction of the long term Performance of cask materials and components for time periods of up to 80 or even 100 years the continuation and extension of laboratory tests and the development of analytical and numerical simulation models and tools is essential and under way. T2 - 16th International High -Level Radioactive Waste Management Conference (IHLRWM 2017) CY - Charlotte, NC, USA DA - 09.04.2017 KW - Spent fuel KW - Storage KW - Cask KW - Safety KW - Disposal PY - 2017 SP - 189 EP - 194 AN - OPUS4-40411 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Orellana Pérez, Teresa A1 - Völzke, Holger A1 - Wolff, Dietmar A1 - Zencker, Uwe T1 - Cladding considerations at BAM regarding extended storage spent fuel N2 - With the clear expectation of the need for extending spent fuel storage in Germany beyond the initial license period of maximum 40 years additional material data and knowledge about the long term performance and integrity of casks and internals like fuel rods will be required to meet major safety goals and regulatory requirements. Based on a broad knowledge base about fuel cladding behavior, degradation mechanisms and related potential failure mechanisms, e. g. induced by reoriented Hydride precipitation, as illustrated in this paper, a specific gap analyses for the German situation regarding fuel conditions and cladding materials should identify the specific knowledge gaps to be addressed and closed in the near future. This is of specific interest as all spent fuel assemblies are going to be transferred to dry cask storage with the next decade and as a consequence of the German nuclear phase-out decision. Within several decades, BAM as a Federal materials research institute gathered a broad range of expertise in the safety evaluation of materials, components and casks under operational and accidental thermal and mechanical conditions. This paper elucidates selected Basic considerations regarding technical and scientific knowledge about the long term aging performance and potential failure mechanisms of fuel cladding materials. Under consideration of the national R&D funding policy which has been adapted to the extended interim storage or pre-disposal needs and the competences of BAM, its future R&D strategy is explained and some R&D objectives have already been identified. BAM will continue and expand ist engagement in the area of investigating fuel cladding material behavior in the long term and developing validated simulation and analyses tools in collaboration with national and international partners. R&D outcomes shall improve the knowledge-base to close identified knowledge gaps in the area of demonstrating fuel cladding integrity and to provide crucial information with regard to future safety assessments for the extended interim spent fuel storage. T2 - 16th International High -Level Radioactive Waste Management Conference (IHLRWM 2017) CY - Charlotte, NC, USA DA - 09.04.2017 KW - Spent fuel KW - Storage KW - Fuel cladding PY - 2017 SP - 718 EP - 725 AN - OPUS4-40412 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -