Filtern
Dokumenttyp
- Beitrag zu einem Tagungsband (2)
- Vortrag (1)
Referierte Publikation
- nein (3)
Schlagworte
- Spent Nuclear Fuel (3) (entfernen)
Organisationseinheit der BAM
Eingeladener Vortrag
- nein (1)
The general aim of this research is the development of methods for predicting mechanical behavior and identification of limiting conditions to prevent brittle failure of high-burnup (HBU) pressure water reactor (PWR) fuel cladding alloys. A finite element (FE) model of the ring compression test (RCT) was created to analyze the failure behavior of zirconium-based alloys with radial hydrides during the RCT. An elastic-plastic material model describes the zirconium alloy. The stress-strain curve needed for the elastic-plastic material model was derived by inverse finite element analyses. Cohesive zone modeling is used to reproduce sudden load drops during RCT loading. Based on the failure mechanism in non-irradiated ZIRLO® claddings, a micro-mechanical model was developed that distinguishes between brittle failure along hydrides and ductile failure of the zirconium matrix. Two different cohesive laws representing these types of failure are present in the same cohesive interface. The key differences between these constitutive laws are the cohesive strength, the stress at which damage initiates, and the cohesive energy, which is the damage energy dissipated by the cohesive zone. Statistically generated matrix-hydride distributions were mapped onto the cohesive elements and simulations with focus on the first load drop were performed. Computational results are in good agreement with the RCT results conducted on high-burnup M5® samples. It could be shown that crack initiation and propagation strongly depend on the specific configuration of hydrides and matrix material in the fracture area.
The evaluation of cladding integrity is a major issue to be demonstrated in Germany for extended interim storage periods up to 100 years and subsequent transportation considering operational and accidental conditions with respect to reactor operation, cask drying and dry interim storage. The chemical reaction between the zirconium fuel cladding and the cooling water in water-cooled reactors produces hydrogen and zirconium oxide. Hydrogen diffuses into the cladding and precipitates as zirconium hydrides when the solubility limit is reached, preferably oriented in hoop direction. At high temperatures during vacuum drying procedures, the hydrides can dissolve. Over a succeeding period of slow cooling with existing hoop stress the hydrides precipitate again, but partly reoriented along the radial direction of the cladding. This change of microstructure in combination with a decreasing temperature (0.5...2 K/year) during (extended) interim storage and additional mechanical load by handling procedures or under accident conditions could lead to a potential cladding embrittlement and consequently increased failure probability. The current research project BRUZL (Fracture mechanical analysis of spent fuel claddings under long-term dry interim storage conditions) has been launched by BAM to investigate potential sudden brittle failure of spent fuel claddings at small deformation under long-term dry interim storage conditions and is presented.
Bisherige Betriebserfahrungen und Erkenntnisse lassen die grundsätzliche Eignung der Transport- und Lagerbehälter auch über 40 Jahre hinaus erwarten.
Eine Verlängerung der genehmigten Zwischenlagerdauer erfordert eine Neugenehmigung. Hierbei sind die zu diesem Zeitpunkt sicherheitstechnisch relevanten Eigenschaften der tatsächlich vorhandenen Inventare und Behälter zu berücksichtigen.
Sicherheitstechnische Nachweise sind auf Grundlage belastbarer Daten und Erkenntnisse zu führen. Diese müssen rechtzeitig verfügbar sein (z.B. Betriebserfahrungen oder zusätzliche F&E-Programme z.B. zu Behälterdichtsystemen oder Inventarverhalten).
Alterungsmanagementprogramme und periodische Sicherheits-überprüfungen während der Zwischenlagerung haben sowohl für die verlängerte Zwischenlagerung als auch für nachfolgende Transporte eine erhebliche Bedeutung.Die Schaffung eines spezifischen Regelwerks für die verlängerte Zwischenlagerung von Transport- und Lagerbehältern und deren nachfolgendem Abtransport unter Berücksichtigung der Anforderungen aus beiden Verwendungsbereichen erscheint sinnvoll.
Eine verlängerte Zwischenlagerung dient ausschließlich der Überbrückung bis zur Endlagerung. Hierbei sollten die bestehenden Behälter und Inventare frühzeitig in die Überlegungen zur Definition von Anforderungen für die Endlagerung einbezogen werden.
Die internationalen Entwicklungen und Untersuchungen im Bereich der längerfristigen Zwischenlagerung sollten zur Nutzung von Synergieeffekten weiter verfolgt, ausgewertet und mitgestaltet werden.