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Organisationseinheit der BAM
Für die Beförderung von umschlossenen radioaktiven Stoffen (Strahler) können Transporterleichterungen gelten, wenn das Strahlerdesign nachweislich unfallsicher ausgelegt ist und eine Zulassung als radioaktiver Stoff in besonderer Form vorliegt. Die in Deutschland zuständige Behörde für die Prüfung und Zulassung radioaktiver Stoffe in besonderer Form ist die Bundesanstalt für Materialforschung und –prüfung (BAM).
Eine oft langfristige Nutzung der Strahler kann eine alterungsbedingte Schwächung der Umschließung des radioaktiven Stoffes zur Folge haben. Jeder Strahler einer zugelassenen Bauart muss jedoch im Beförderungsfall zu jeder Zeit, auch nach längerer Nutzung, den vorgeschriebenen Prüfanforderungen genügen. Die Alterungsbewertung auf der Grundlage einer vom Antragsteller zu spezifizierenden Nutzungsdauer des radioaktiven Stoffes in besonderer Form ist seit langer Zeit Bestandteil des Zulassungsverfahrens in Deutschland. Ein von Deutschland eingebrachter Vorschlag im Rahmen der anstehenden Revision der IAEA Empfehlungen für die sichere Beförderung von radioaktiven Stoffen (SSR-6) soll die Lesbarkeit des Regelwerkes bezüglich der Alterungsbewertung verbessern, Klarheit über die damit verbundenen Anforderungen erzeugen und damit zu einer Harmonisierung der Zulassungsverfahren auf internationaler Ebene beitragen. In diesem Beitrag sollen wichtige Einflussfaktoren auf das Alterungsverhalten von radioaktiven Stoffen in besonderer Form aufgezeigt und die Notwendigkeit für die Spezifikation einer Nutzungsdauer als Grundlage für die Alterungsbewertung begründet werden. Der deutsche Vorschlag für die Revision des IAEA Regelwerks zum sicheren Transport radioaktiver Stoffe (SSR-6) wird vorgestellt und erläutert.
Falltürme sind Bauwerke, die als Versuchsanlagen sehr speziellen, impulsartigen Belastungen ausgesetzt sind. Am Fallturm auf dem Testgelände Technische Sicherheit (TTS) der BAM wurde bei Routineinspektionen eine Abnahme der strukturellen Integrität in Form von Vorspannungsverlusten in den Bolzen der Stahlverbindungen festgestellt. Um ein Verständnis für die zugrundeliegenden Trag- und Schädigungsmechanismen zu erlangen, wurde ein umfassendes Structural Health Monitoring (SHM) System geplant und am Bauwerk installiert unter Nutzung von digitalen Bauwerksmodellen. Für die Auslegung des Überwachungssystems, insbesondere aber zur Unterstützung der Untersuchung des Schädigungsprozesses, wurden Finite-Elemente-Modelle erstellt. Um sicherzustellen, dass die FE-Modelle das reale Tragwerksverhalten mit ausreichender Genauigkeit abbilden, mussten sie jedoch in Bezug auf die gemessenen Antworten des Tragwerks kalibriert werden. Der vorliegende Beitrag beschreibt experimentelle und numerische Untersuchungen zur Identifizierung des strukturellen Systems des Stahlrohrgitterturms in Vorbereitung einer Überwachungskampagne. Die Auswertung von gemessenen Schwingungen unter ambienter Anregung ermöglichte die Identifizierung der Eigenfrequenzen mehrerer globaler Schwingungsmoden des Fallturms. Zur Modellvalidierung wurde zunächst eine Sensitivitätsanalyse durchgeführt, um die Parameter mit dem größten Einfluss zu ermitteln. Anschließend wurde ein evolutionärer Algorithmus (EA) zur Optimierung nach dem Prinzip der Minimierung der Differenzen zwischen gemessenen und simulierten charakteristischen Antworten eingesetzt. Das aktualisierte Modell wurde schließlich an der dynamischen Reaktion der Turmstruktur infolge einer realen Falltest-induzierten Stoßbelastung validiert. Die Ergebnisse zeigten eine gute Übereinstimmung zwischen numerischen und experimentellen Ergebnissen.
Die Sicherheitsanforderungen, die an Behälter für den Transport radioaktiver Stoffe auf öffentlichen Verkehrswegen gestellt werden, orientieren sich an dem Gefährdungspotenzial des radioaktiven Inhalts. So müssen für den Transport abgebrannter Brennelemente oder hochradioaktiver Abfalle aus nuklearen Anlagen Behälter eingesetzt werden, die auch schweren Unfällen standhalten. Zu ihnen gehören z. B. die CASTOR®-Behälter (Cask for Storage and Transport of Radioactive Material).
Basierend auf Fallversuchen mit Transportbehältern für radioaktive Stoffe sowie auf einem Versuchsprogramm mit Holzproben wurden die Energieabsorptionsmechanismen identifiziert und ein Modell für das Verhalten von Fichtenholz bei axialer Belastung entwickelt. Das Modell zieht für die Kompression von Holz die seitliche Dehnungsbehinderung – im kontinuumsmechanischen Zusammenhang wäre das die Mehrachsigkeit des Spannungszustandes im Kontinuum – in Betracht. Die Energie, die vom Holz absorbiert werden kann, ist umso größer, je größer die seitliche Dehnungsbehinderung ist.
Für die Modellierung mit Finite Elemente Methoden wurden verschiedene Modellierungsstrategien untersucht, keine der vorgeschlagenen Modellierungsstrategien war in der Lage, dass Verhalten von Holz bei Druckbeanspruchung und großen Deformationen inkl. der Entfestigung zu modellieren. Bei Verwendung einer entfestigenden Fließkurve zeigt das Modell ausgeprägte Netzabhängigkeiten und numerischen Instabilitäten.
Für die Modellierung der Entfestigung mit Hilfe einer von der Mehrachsigkeit des Spannungszustandes gesteuerten Fließflächenevolution ist kein geeignetes Materialmodell vorhanden.
Anhand der Simulation eines Fallversuchs mit einem Behälterkörper und stoßdämpfenden Bauteilen im Maßstab 1:2 wurde gezeigt, dass zwar eine vollständige Modellierung des Stoßdämpferverhaltens inkl. Entfestigung nicht möglich war, aber das Stoßdämpferverhalten mit einer nicht-entfestigenden Fließkurve sinnvoll modelliert werden konnte. Eine Verifikation des Modellierungsansatzes am real zu modellierenden Bauteil ist zwingend erforderlich. Wenn signifikante Änderungen zwischen Verifikations- und Simulationsobjekt auftreten, ist die Zuverlässigkeit der Rechenergebnis als gering zu bewerten. Nur wenn die auftretenden Kompressionsmechanismen durch eine Analyse des Stoßdämpferholzes bestimmt werden können, ist eine zuverlässige Ermittlung von Stoßdämpferkräften- und verformungen möglich.