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The presentation explains the requirements, process and challenges of the container design testing procedures for the Konrad repository, where low and intermediate level radioactive waste is planned to be disposed of beginnung end of 2022. BAM performs container design testing for more than 30 years whether analytically or experimentally. The challenges of the complex Konrad requirements concerning their proper interpretation and application is discussed in this presentation.
Im Testgelände Technische Sicherheit (TTS) verfügt die BAM über eine umfangreiche prüftechnische Infrastruktur für die mechanische und thermische Behälterbauartprüfung unterschiedlicher Behälterdesigns und -komponenten. Berichtet wird über Erprobungsprogramme und prüfmethodische Untersuchungen mit originalgroßen Prüfmustern von Transportverpackungen und Lagercontainer sowie Komponentenuntersuchungen unter Impaktbelastung. Im Großkomponentenversuch werden mit einem Prüfmuster eines Transportbehälters charakteristische Unfallbeförderungsbedingungen simuliert, dabei die Verformungen der Stoßdämpferkomponenten sowie die resultierenden maximalen Starrkörper-Verzögerungen ermittelt und analysiert. Ferner wird über das mechanische und thermische Beanspruchungsverhalten einer Umverpackung für den Transport von UF6- Zylindern im Ergebnis umfangreicher Fallsequenzen sowie einer Brandprüfung berichtet. Im Rahmen der Behälterentwicklung für den Standort Sellafield wurden mit einem dickwandigen Container für radioaktive Abfälle Fallprüfungen auf das unnachgiebige Fundament und eine Brandprüfung durchgeführt. Detaillierte Belastungsanalysen erfolgten an stoßdämpfenden Bauteilen und Materialien im Rahmen der angewandten Sicherheitsforschung.
The Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) in Germany has gathered extensive expertise over decades in the fields of design testing and safety assessment of transport and storage containers for radioactive materials. On behalf of the German commission for the disposal of highly radioactive waste, BAM had been assigned the elucidation of requirements for high level waste disposal containers specifically in terms of their retrievability from deep geological formations during repository operation and recovery after its closure over a period of time between 500 to 1000 years. The output of the initial assessment is presented taking into account the frame of the current German repository site selection procedure together with the definition of repository conditions corresponding to the potential deep geological formations to be considered for disposal.
This presentation addresses the spectrum of relevant stress factors for disposal containers and reflects their relevance and consequences during the repository operation phase including the emplacement and their potential retrieval. In addition, further aspects and consequences for container recovery after repository closure are discussed taking into consideration potential repository conditions of different geological formations.
Finally, potential disposal container concepts are briefly addressed comparing the consequences of an improvement of existing dual purpose casks versus completely new disposal canister designs adjusted to the specific geological conditions of the host rock formation. Pros and cons of these two concepts are depicted in order to address major challenges. However, precise container design concepts cannot be consolidated before repository conditions and derived specific container requirements are designated.
Drop testing of a container for the storage, transport and disposal of intermediate level waste
(2018)
Impact tests were performed, as part of a corresponding container’s substantiation, during design development of a shielded container proposed for use at Sellafield for waste retrieval from the First Generation Magnox Storage Pond (FGMSP) in the UK.
The mechanical test program comprised a 9m free drop test onto an unyielding target in a container long lid edge down orientation at ambient conditions. Further, a 0,5m free drop test onto a punch target was performed. Here, the container was orientated with the lid downwards in a way that the punch, a mild steel bar, impacts a filter lid.
The test specimen was instrumented with strain gauges and accelerometers for the drop tests. Transient strains at selected points of the inner and outer container walls, at the shielding lid, as well as at the lid bolts were measured during the container’s impact. Furthermore, decelerations of the container body, container lid, and the skip were measured. The complex geometrical changes of the container due to impact were determined by optical 3d- deformation measures using the projected fringes method in combination with multi-image photogrammetry.
This paper summarizes the performance of the drop tests and various drop test results in context with the design development as well as aspects regarding the associated Finite Element (FE) analyses and post-test evaluation.
This Presentation adresses the major needs and challenges of qualification processes for nuclear waste packages performed by BAM. Packages include those for high level radioactive waste like spent fuel as well as those for low and intermediate level waste to be disposed of in the Konrad repository.
Beginning with the current German nuclear waste management policy design testing capabilities and experience at BAM is explained followed by illustrating the major strategic process to identify future challenges including specific R&D needs.
Die Verfügbarkeit von Behältern für die Entsorgung nicht Wärme entwickelnder radioaktiver Abfälle im Endlager Konrad stellt ein wesentliches Element des nationalen Entsorgungskonzeptes für diese Abfallart dar. Grundlage für die Verfügbarkeit geeigneter Behälter sind typspezifische Bauartprüfungen, auf deren Grundlage eine Eignungs-feststellung in Form eines Prüfzeugnisses durch die Bundesgesellschaft für Endlagerung mbH (BGE), vormals Bundesamt für Strahlenschutz (BfS), erfolgt. Die Prüfgrundlagen sind in den durch das BfS (heute BGE) veröffent-lichten „Anforderungen an endzulagernde radioaktive Abfälle“ (Endlagerungsbedingungen) sowie der zugehörigen „Produktkontrolle radioaktiver Abfälle, radiologische Aspekte“ (PK) verankert. Die Eignungsfeststellung für eine Behälterbauart ist gleichzeitig die Grundlage für eine Behälterserienfertigung entsprechend den im Prüfzeugnis verankerten Spezifikationen und Randbedingungen.
Mit den Gesetzen zur Neuordnung der Organisationsstruktur im Bereich der Endlagerung (Mitte 2016) und zur Neuordnung der Verantwortung in der kerntechnischen Entsorgung (Mitte 2017) mit der Finanzierung des Kern-energieausstiegs wurden wesentliche Weichenstellungen im Hinblick auf den anstehenden Rückbau der bereits stillgelegten und in den kommenden Jahren noch stillzulegenden deutschen Kernkraftwerke vorgenommen. Bezüg-lich der nicht Wärme entwickelnden radioaktiven Abfälle führt dies zu einer spürbaren Intensivierung der Anstren-gungen zur Bereitstellung qualifizierter Gebinde für das Endlager Konrad, das nach aktueller Planung bis 2027 sei-nen Einlagerungsbetrieb aufnehmen soll. Dies wiederum führt zu einer erheblichen Verdichtung der Verfahren zur Behälterbauartprüfung, die allen Seiten (Antragsteller, BGE, Gutachter) erhebliche Anstrengungen abfordert.
Die Bundesanstalt für Materialprüfung und –forschung (BAM) ist auf Grundlage des Kap. 7 der o. g. „Produktkon-trolle …“ (PK) von der BGE mit den Behälterbauartprüfungen für das Endlager Konrad beauftragt. Hierbei ist eine Vielzahl von Anforderungen zu berücksichtigen, wozu neben den Anforderungen an Abfallbehälter gemäß Kap. 5 der Endlagerungsbedingungen weitere Anforderungen an die Verpackung (Kap. 3.2.2 PK), Kenngrößen (Kap. 3.5.1 PK) und schließlich die eigentliche Prüfung von Behältern/Verpackungen zählt (Kap. 7 PK). Letzteres beinhaltet die umfassende Behälterbeschreibung und –spezifikation, die Behälterauslegung, die thermischen und mechanischen Baumusterprüfungen (z.B. Brand- und Fallprüfungen), und schließlich die qualitätssichernden Maßnahmen für Her-stellung und Betrieb der Behälter. Neben der klassischen Bauartprüfung neuer Behältertypen spielt auch die Prü-fung bereits hergestellter Behälter, sog. Altbehälter, eine wesentliche Rolle, da sich etliche tausend Gebinde be-reits in der Zwischenlagerung befinden und nach Möglichkeit für das Endlager Konrad qualifiziert werden sollen.
Dieser Beitrag berichtet aktuell über den Umfang und Stand der laufenden Bauartprüfungen bei der BAM unter Be-rücksichtigung der besonderen Herausforderungen und der zuletzt erzielten Fortschritte. Dabei erfordert die paral-lele Bearbeitung der zahlreichen Verfahren einen verstärkten Koordinierungsbedarf hinsichtlich vergleichbarer fach-licher Aspekte sowie hinsichtlich Priorisierung und Ressourceneinsatz. Bei den experimentellen Nachweisen (Fall- und Brandversuche) betrifft das hinsichtlich der Nutzung der Versuchseinrichtungen bei der BAM die Koordination mit anderen Prüfaufträgen, wie z. B. verkehrsrechtliche Baumusterprüfungen. Schließlich erfordern diverse Fach-fragen zur Interpretation der Anforderungen aus Endlagerungsbedingungen und Produktkontrolle intensive Abstim-mungsprozesse zwischen BAM, BGE und Antragstellern. Wichtige Ergebnisse mit übergeordneter Bedeutung wer-den in Form erläuternder Fachnotizen durch die BGE veröffentlicht und können so bei zukünftigen Antragsverfahren berücksichtigt werden.
Suitable containers for receiving high-level radioactive waste are a key elements of every repository system concerning different host rocks like rock salt, claystone and crystalline rock as being considered in Germany. The disposal container design is decisive regarding boundary conditions for the transport, emplacement techniques, and the operational and long-term safety assessment. The systematic derivation of the requirements to be placed on disposal containers forms the basis for a targeted, comprehensible and transparent development of containers that meet the requirements. The presentation summarizes the outcomes of the research project KoBrA.