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Organisationseinheit der BAM
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Type B(U) packages for the transport of radioactive material have to withstand accident conditions of transport defined in the regulations of the IAEA International Atomic Energy Agency in form of different mechanical (drop) tests with a subsequent thermal test. According to the regulatory requirements the orientation of the package in drop tests shall be such to cause the most damaged state in the components performing the safety functions.
For the package lid system a 9-m drop onto the unyielding target with lid side downwards is often the most damaging orientation. The impact loads acting on the lid in this orientation result mainly from interaction between lid and internal content. In case of a movable content its impact onto the inner side of the lid can cause additional load peaks on the lid and the lid bolts. The intensity of the internal collision depends on the position of content relating to lid at the time of package first contact with target. Due to physical limitations an axial gap, which could be set in “pre-drop” configuration of package or which could spontaneously appear during the drop test, usually does not cover the maximum size possible in specific package design. In this context, the combination of drop tests with post-test analysis can be helpful to better estimate the effect of internal impact.
The paper summarized some aspects of this issue based on the BAM experience in the design assessment of Type B(U) transport packages. Additionally the paper shall support applicants in German approval procedures to reduce rounds of questions and ensure delivery of reliable safety case documents to the authorities. International discussions of this issue at the IAEA and a joint proposal by France and Germany to improve Advisory Material text will be introduced.
Untersuchung der stoßartigen Freisetzung pulverförmiger Füllgüter aus Ventilsäcken für Gefahrgüter mit Innenventil. Fallprüfungen an einem Papiersack 5M2 mit zwei Füllgütern (Esplas H130 und Zinkoxid). Variation von Ventillänge, Fallhöhe und Füllgrad in Kombination mit der Anzahl der Fallversuche pro Prüfmuster. Bei Esplas H 130 war ein Pulveraustritt aus den Klebestellen bereits beim Befüllen zu verzeichnen. Dies ist ein Widerspruch zu UN 6.1.4.18.1 (Staubdichheit). Bei beiden Substanzen waren die Ventile aller Prüfmuster nach der Fallprüfung nicht mehr staubdicht. Es wird auf erste mögliche Lösungsvorschläge eingegangen.
Untersuchung der stoßartigen Freisetzung pulverförmiger Füllgüter aus Ventilsäcken für Gefahrgüter mit Innenventil. Fallprüfungen an einem Papiersack 5M2 mit zwei Füllgütern (Esplas H130 und Zinkoxid). Variation von Ventillänge, Fallhöhe und Füllgrad in Kombination mit der Anzahl der Fallversuche pro Prüfmuster. Bei Esplas H 130 war ein Pulveraustritt aus den Klebestellen bereits beim Befüllen zu verzeichnen. Dies ist ein Widerspruch zu UN 6.1.4.18.1 (Staubdichheit). Bei beiden Substanzen waren die Ventile aller Prüfmuster nach der Fallprüfung nicht mehr staubdicht. Es wird auf erste mögliche Lösungsvorschläge eingegangen.
Aktuelle Versuche der BAM
(2021)
Abgeleitet aus den in Teil 3 der „Systemanalyse Konrad“ [1] definierten Lastannahmen für den „untertägigen Anlagenbereich“ müssen Verpackungen, die der Abfallbehälterklasse I (ABK I) mit dem zusätzlichen Merkmal der störfallfesten (sf) Verpackung oder der ABK II zugeordnet werden, gemäß den „Endlagerungsbedingungen, Endlager Konrad“ [2], nach einem „…Fall aus 5 m Höhe auf eine unnachgiebige Unterlage…“ bestimmten Anforderungen genügen.
Eine nähere Beschreibung der Prüfeinrichtung sowie die Definition detaillierter Anforderungen an das Aufprallfundament erfolgen in der „Produktkontrolle, Endlager Konrad“ [3]: „Die Prüfeinrichtung, bestehend aus einer Hebeeinrichtung und einem Fundament ist so zu gestalten, dass der Fall des Prüfmusters in jeder beliebigen Aufprallorientierung aus 5 m Höhe, gemessen von der Unterkante des Prüfmusters zum Fundament, möglich ist. Das Fundament ist aus Beton der Mindestgüte B 35 herzustellen und muss so beschaffen und verankert sein, dass keine Zerstörung in zahlreiche kleinere Bruchstücke erfolgt und keine horizontale Verschiebung des Fundamentes oder seiner Teile auftritt. Maße und Masse des Fundaments müssen so beschaffen sein, dass der Einfluss des Baugrundes unter dem Fundament auf den Aufprallwiderstand vernachlässigbar ist.“
Im Rahmen der Bauartprüfung für Behälter zur Endlagerung radioaktiver Abfälle mit zu vernachlässigender Wärmeentwicklung im Endlager Konrad wird die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) von der Bundesgesellschaft für Endlagerung (BGE) als Sachverständige hinzugezogen und ist in der Regel auch mit der Durchführung der notwendigen Fallprüfungen auf dem Testgelände Technische Sicherheit der BAM (BAM TTS) einschließlich der Bereitstellung der benötigten Prüfeinrichtungen sowie des regelkonformen Aufprallfundamentes beauftragt. Der Prozess, beginnend von der Gewährleistung einer von allen Beteiligten als gültig bewerteten Fallprüfung bis hin zur abschließenden Bewertung und Interpretation der Versuchsergebnisse erfordert dabei u.a. eine sorgfältige Planung und Fertigung der für das Endlager Konrad repräsentativen Fundamentplatte und deren Ankopplung an einen Untergrund im Sinne der „Regulations for the Safe Transport of Radioactive Material“ [4], [5] wie er zum Beispiel auf den beiden Fallversuchsanlagen des BAM Testgelände Technische Sicherheit (BAM TTS) zur Verfügung steht.
Um diese Anforderungen zu erfüllen muss zum einen der Erhalt der Integrität der Fundamentplatte beim Fallversuch durch eine geeignete Auswahl und kraftflussgerechte Anordnung der Stabstahl-Bewehrung sowie deren Verankerung garantiert und damit eine unzulässige Energieaufnahme durch Risse sowie eine unzulässige „… Zerstörung (der Fundamentplatte) in zahlreiche kleinere Bruchstücke …“, wie in [3] gefordert, verhindert werden. Außerdem ist zu gewährleisten, dass der Beton die Anforderungen an die vorgeschriebene Mindestgüte bzw. -festigkeit zum Zeitpunkt der Fallprüfung erfüllt, die Betonfestigkeit jedoch zur Vermeidung unnötig verschärfter Prüfrandbedingungen eine zu definierende Obergrenze nicht überschreitet.
Ausgehend von dem 2009 im Rahmen der KONTEC veröffentlichten Wissensstand [6] präsentiert die BAM im vorliegenden Beitrag die wesentlichen Ergebnisse der zwischenzeitlich bei der Planung und Durchführung von zahlreichen Fallprüfungen gewonnenen Erfahrungen bzgl. Spezifikation und Fertigung der für die Fallversuche notwendigen Fundamentplatten sowie deren Anbindung an den Untergrund. Neben den immer wieder notwendigen Anstrengungen zur Gewährleistung einer im Rahmen der Definition korrekten Betondruckfestigkeit am Tag der Fallprüfung wird die Anpassung der Bewehrungsführung an verschiedene Fallpositionen diskutiert.
Zur Ergänzung des gültigen Regelwerks entsteht parallel zu diesem Dokument eine Fachnotiz, in der BGE und BAM die Vorgaben und Spezifikationen zur regelwerkskonformen Herstellung und Montage von Fundamentplatten für Fallprüfungen im Rahmen der Behälterbauartprüfungsverfahren für das Endlager Konrad zusammenfassen und veröffentlichen werden. Diese Fachnotiz soll detaillierte Vorgaben und Spezifikationen zur Planung, Beauftragung, Herstellung und abschließenden Prüfung eines solchen Fundamentes und dessen Anbindung an den Untergrund enthalten. Damit soll allen beteiligten Organisationen wie Antragstellern, Sachverständigen und BGE ein langfristig verlässlicher Leitfaden im Hinblick auf die Durchführung anforderungsgerechter Fallprüfungen unter definierten und reproduzierbaren Randbedingungen im Rahmen der Bauartprüfungsverfahren für das Endlager Konrad an die Hand gegeben werden.