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Das Einsatzspektrum von den besonders leichten Druckbehältern aus Faserverbund-werkstoffen erweitert sich kontinuierlich. Dies führt dazu, dass mit der erweiterten Verwendung auch die thermisch zulässigen Einsatzgrenzen dieser Behälter ausgeschöpft und sogar teilweise überschritten werden. So können bspw. Atemluftflaschen im Brandeinsatz der Feuerwehr an der Behälteroberfläche derart hohen Umgebungstemperaturen ausgesetzt werden, dass die zulässige Höchsttemperatur von 65 °C deutlich überschritten wird.
Durch experimentelle Temperaturversuche an Typ-III-Atemluftflaschen mit einem Innenbehälter aus Aluminium konnte gezeigt werden, dass bei der Brandbekämpfung die untersuchten Atemluftflaschen lokal über das in der Zulassung abgeprüfte Temperaturspektrum erhitzt werden. Der Glasübergangsbereich des Faserverbundwerkstoffs wird partiell um bis zu 95 °C überschritten. Um die reale Sicherheit der Atemluftflasche bewerten zu können, wurde ein analytisches Hybridbehältermodell entwickelt, das die Beanspruchungen mit validierten Materialtemperaturverläufen berechnet. Mit der Einbindung von Schädigungsansätzen konnte ein bisher nicht hinreichend beachtetes thermisches Degradationsverhalten in den Berechnungen berücksichtigt werden. Zudem wurden insgesamt 90 altersbedingt ausgesonderte Feuerwehr-Atemluftflaschen zerstörend geprüft, um nähere Erkenntnisse über den Sicherheitszustand am Ende der Lebenszeit zu erhalten.
In diesem Kolloquium werden Forschungsergebnisse vorgestellt, die im Rahmen einer Promotionsarbeit die Auswirkungen dieser erhöhten thermischen Betriebslasten auf eine Typ-III-Atemluftflasche mit einem Innenbehälter aus Aluminium darstellen und bewerten.
Atemluftflaschen aus Faserverbundwerkstoffen werden im Feuerwehrbetrieb hohen thermischen Belastungen ausgesetzt. Der thermisch sichere Bereich dieser Behälter ist jedoch heutzutage noch nicht einschätzbar. Deshalb haben es sich die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) im Austausch mit der Bergischen Universität Wuppertal zur Aufgabe gemacht, die Auswirkungen dieser Betriebslasten zu untersuchen.
Nach der Reaktorkatastrophe in Fukushima 2011 hat die Bundesregierung beschlossen die Nutzung der Kernenergie bis zum Jahr 2022 zu beenden. Seitdem erfolgt der Rückbau und die Stilllegung der kerntechnischen Anlagen in Deutschland. Dieser Vortrag erörtert die Herausforderungen, die sich mit dem Transport und der Lagerung von Kernbrennstoffen ergeben und leitet daraus Anforderungen ab, die an Transportbehälter gestellt werden.
German package design approvals were granted recently for dual purpose casks (DPC) intended for loading with encapsulated damaged spent nuclear fuel (DSNF). Comprehensive assessment procedures were carried out by the authority BAM with respect to the mechanical and thermal package design, the activity release of radioactive material and quality assurance aspects for manufacturing and operation of each packaging. The objective of each procedure was to verify the Package Design Safety Report (PDSR) and the relevant guidelines fulfils the requirements of the IAEA regulations.
Previous approvals of German SNF package designs consider mainly standard fuel assemblies with defined specifications and properties for transport and interim storage. Due to the nuclear power phase-out in Germany all kinds of SNF, e.g. damaged spent fuel rods shall be packed in DPC now. Therefore specific requirements shall be considered in accordance with international experiences including IAEA technical reports. The main requirement for DSNF is a tight encapsulation with specific defined properties under transport and storage conditions.
Due to the interim storage period of currently up to 40 years the encapsulation with DSNF in the casks shall also be long term durable. Thus specific loading and drying procedures are necessary and had to be qualified during the approval process. BAM assessed these drying procedures and could confirm the long-term behaviour of the encapsulation and the suitability of the drying equipment. This special equipment was qualified in a “cold handling”. In addition, it was shown that the behaviour of the test equipment used in the qualification process was comparable with the original equipment, e.g. test fuel rods or test encapsulation. In the development of the drying process, experience was obtained in how to put the requirements of the IAEA regulations and related IAEA technical reports into practice.
The paper gives an overview of approval assessment and testing experience made by BAM and point out the main resulting requirements on drying processes for these kinds of encapsulations with DSNF.