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Organisationseinheit der BAM
Eingeladener Vortrag
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der Vortrag stellt den aktuellen Bearbeitungsstand und Ergebnisse des laufenden Drittmittelvorhabens LaMEP vor. Hierbei geht es um Alterungsprozesse an sicherheitsrelevanten Behälterkomponenten während der langfristigen trockenen Zwischenlagerung bestrahlter Brennlemente und hochradioaktiver Abfälle. Die Untersuchungen umfassen Metall- und Elstomerdichtungen sowie Polymerkomponenten zur Neutronenabschirmung.
Erfahrungen und Perspektiven bei der Bauartprüfung von Behältern zur Verpackung radioaktiver Abfälle
(2008)
Erfahrungen und Perspektiven bei der Bauartprüfung von Behältern zur Verpackung radioaktiver Abfälle
(2008)
Internationale Entwicklungen zur langfristig sicheren Zwischenlagerung bestrahlter Brennelemente
(2012)
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.
Approval of existent waste packages and new package design in preparation for the KONRAD repository
(2008)
Countdown für Konrad
(2010)
Since the decision by the German government to face out nuclear electricity generation the total amount of spent nuclear fuel and high level wastes from reprocessing is limited and well determined. In addition the siting and licensing procedure to establish a final repository has been ruled by a new law in the mid of 2013 and further delays are very likely until a deep geological repository may start its operation.
In the meantime dry interim storage in dual purpose casks being permanently certified for interim storage as well as transportation is the established technical solution. Several on-site as well former centralized facilities are operated successfully for many years but storage licenses are generally limited to 40 years and future lifetime extensions are predictable. Permanent aging management for storage facilities and casks is necessary to demonstrate compliance with safety requirements and furthermore to gain relevant data and information about the technical conditions of the facilities and their components for future lifetime extensions.
For that reason procedures and measures are currently improved and the approach is explained in this paper. In addition, the current status and latest experiences concerning periodic safety inspections and aging management measures are discussed.
Overwiev about BAM
(2014)
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.
This presentation starts with a brief overview about the current situation of spent nuclear fuel and high level waste storage in Germany followed by a discussion of the expected timeline towards final disposal. Furthermore an overview is presented about research programmes for radioactive waste disposal and also extended interim storage issues due to the delay of the national repository siting procedure. In the second part of the presentation BAM research activities related to extended interim storage are addressed. This includes the status and preliminary results of proactive R&D projects concerning metal seals, degradation effects of polymers used as neutron shielding materials and finally elastomer seals.
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.
Der Vortrag illustriert den Stand und die Herausforderungen im Rahmen der Behälter-Bauartprüfungen für das Endlager Konrad. Ausgehend von den Grundlagen der Bauartprüfung und die aktuelle Situation bei den Antragsverfahren werden die fachlichen Begutachtungsschwerpunkte sowie Maßnahmen zur Optimierung Prozess- und Verfahrenssteuerung erläutert.
The Bundesanstalt für Materialforschung und –prüfung (BAM) and Sandia National Laboratories (SNL) entered into a Memorandum of Understanding (MOU) in September 2012 to foster technical collaborations in the areas associated with the backend of the commercial nuclear fuel cycle. Specifically, the focus is on packaging, transportation, and storage of commercial spent nuclear fuel. The institutes meet about twice each year, alternating between institutes. This provides the opportunity for staff members from the host organization more exposure to technical issues that are of concern internationally and to collaborate with technical experts working on similar problems.
Since 2012, the focus of the meetings has been on technical issues associated with extended dry storage and subsequent transportation of commercial spent fuel. Topics range from hydride effects on cladding integrity, spent fuel response during Normal Conditions of Transport (NCT), finite element analyses of fuel and cask response to accident conditions, bolt and seal behavior over extended periods of time, and corrosion associated with bolts, metallic seals, and stainless steel canisters.
This MOU has provided an effective leverage for technical collaboration. For example, SNL is funding (through DOE), Savannah River National Laboratories (SRNL) to look at bolt and seal degradation issues. SRNL has an MOU with BAM to collaborate on bolt and seal degradation during extended storage. Likewise, Sandia and BAM are collaborating with the EC Joint Research Center on an International Nuclear Energy Research Initiative (I-NERI) to investigate spent fuel behavior when subjected to mechanical loadings. This important work will provide insight into failure mechanisms, as well as spent fuel release fractions, given a breach of the cladding wall.
This presentation provides an overview of high ranked technical issues associated with extended storage and subsequent transportation, as well as the work underway at BAM and SNL that are addressing these issues.
This presentation addresses the current German policy in nuclear waste management and illustrates significant changes throughout the last decades. With the reset of the high level waste repository siting process in 2013 the need for extending interim storage beyond initial license periods will become a future challenge. For that purpose knowledge needs to be enhanced and data gaps need to be closed timely. In addition, international collaboration in R&D and regulatory improvements are explained.
Integration across storage, transportation and disposal – important elements of the German program
(2016)
This presentation addresses the following issues. Unexpected changes in national nuclear policy have significantly affected spent fuel management strategies.
The initial German spent fuel and HLW disposal concept has been delayed and finally “reset” by federal law in 2013. Repository site selection criteria and procedures will be defined by the Disposal Commission’s report end of June 2016. Final site selection should be finished by 2031.
The consistent German concept of dry interim storage in dual purpose casks has proven to be a safe and secure spent fuel management strategy.
The need for the extended interim storage of spent fuel and HLW casks towards disposal implicates additional challenges for the nuclear waste management strategy in Germany.
Recently, governmental research programs have been adjusted to address technical and scientific issues also in the predisposal area.
Interim storage, subsequent transportation, and final disposal are closely linked. Integrated approaches concerning waste package designs and operations are supposed to be beneficial for the establishment of efficient long-term spent fuel and HLW management strategies.
Der Vortrag vermittelt einen Überblick über internationale Forschungsaktivitäten im Hinblick auf zukünftig deutlich zu verlängernde Zwischenlagerzeiträume für bestrahlte Brennelemente. Ausgehend von der aktuellen Entsorgungssituation werden die relevanten Fragestellungen skizziert. Davon ausgehend werden die FuE-Aktivitäten der IAEA vorgestellt sowie die wichtigsten Themen beim Extended Storage Collaboration Program (ESCP) in den USA. Schließlich wird das "European Joint Programme on Radioactive Waste Management and Disposal“ kurz vorgestellt und werden die nationalen Initiativen auf diesem Sektor diskutiert.
Verbundvorhaben KoBrA: Ausblick zur Umsetzung von Anforderungen in Technische Behälterkonzepte
(2018)
Als Ausblick auf noch ausstehende Arbeiten zum Verbundvorhaben "KoBrA" zur Erfassung nationaler und internationaler Anforderungen und Konzepte für Behälter zur Endlagerung wärmeentwickelnder radioaktiver Abfälle in den potentiellen Wirtsgesteinformationen Kristallin, Ton und Salz werden die grundlegenden Anforderungen und Schutzziele der Endlagerbehälter untersucht und der konzeptionelle Weg von Anforderungen hin zu Konzepten erläutert.
The presentation focuses on the latest developments of the German nuclear waste management policy including restructering of responsible organizations and the restart of the repository site selection process for high level radioactive waste.
The second part illustrates latest results of long term investigations of metal seals at BAM with regard to extended interim storage periods.
Ongoing R&D work at BAM
(2018)
The presentation provides an update on the German nuclear waste management policy towards final disposal and related reasearch at BAM. Topics include long term investigations of metal seals, investigations of fuel cladding failure mechanisms, and the development of requirements and concepts for high level radioactive waste and spent fuel disposal containers.
Perspectives on extending interim storage of spent nuclear fuel (beyond the initial license period)
(2017)
The presentation adddresses the consequences and challenges of the German nuclear phase-out in conjunction with the restart of siting process for a high-level radioactive waste repository. Concerning spent fuel this will lead to extended interim storage periods for the dry storage casks beyond the initial licensing period of 40 years.
For extending storage periods additional safety assessments and data about the long term performance of materials, components and casks will be needed and BAM has already been lauching specific R&D projects addressing identified data gaps.
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 Be-hälterbauart ist gleichzeitig die Grundlage für eine Behälterserienfertigung entsprechend den im Prüfzeugnis veran-kerten 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 bereits 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.
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.
Im Forschungsvorhaben KoBrA werden Anforderungen an Endlagerbehälter für hochradioaktive Abfälle erstmals systematisch und unter Berücksichtigung des internationalen Standes von Wissenschaft und Technik hergeleitet. Parallel werden die behälterrelevanten Randbedingungen und Beanspruchungsgrößen für Endlagerbehälter in den drei potenziellen Wirtsgesteinen Steinsalz, Tonstein und Kristallingestein ermittelt. Darauf aufbauend werden die zur Erfüllung der Anforderungen unter den gegebenen Einwirkungen und Beanspruchungen notwendigen Behälterfunktionen bestimmt und erste Konzeptideen für zukünftige Endlagerbehälter diskutiert bzw. entwickelt.
Entsprechend der Zielsetzung des Vorhabens stand die weitere Etablierung des Werkstoffes Sphäroguß (GGG-40) im Bereich der Transport- und Lagerbehälter für radioaktive Stoffe im internationalen Rahmen im Vordergrund der durchgeführten Untersuchungen und Aktivitäten. Dabei gelang es, eine weitgehende fachliche Übereinstimmung hinsichtlich der Bewertungsmethoden und -kriterien zu erzielen und auf IAEA-Ebene zu etablieren. Zuvor vorhandene Vorbehalte insbesondere auf U.S.-amerikanischer Seite konnten wesentlich vermindert werden.
Im Rahmen der durchgeführten Untersuchungen konnte die außerordentliche Belastbarkeit eines Prototypbehälters aus Sphäroguß (CASTOR VHLW) unter extremen Beanspruchungssituationen nachgewiesen werden. So war selbst bei Spannungen im Bereich der Material-Streckgrenze und vorhandenem rißartigen Fehler an dieser Stelle keine Sprödbruchneigung des Werkstoffes erkennbar. Den entsprechenden 14 m-Fall auf zwei harte Widerlager mit daraus folgender hoher Biegebeanspruchung überstand der Behälter unbeschadet.
Mittels begleitender Werkstoffuntersuchungen wurden die Kenntnisse über die Zusammenhänge zwischen der chemischen Zusammensetzung der Gefügeausbildung und den mechanischen Eigenschaften von Sphäroguß erweitert. Dabei wurden sowohl unterschiedliche Gießverfahren (Sand- und Kokillenguß) in der Herstellung als auch die Auswirkungen von Umwandlungsprozessen im Gefüge infolge von Wärmebehandlungen diskutiert. Die statistische Auswertung von Einzelergebnissen im Rahmen der Qualitätssicherung bei der Begutachtung von Transport- und Lagerbehältern für radioaktive Stoffe wurde durch mechanische und bruchmechanische Untersuchungen an 24 Werkstoffsorten aus Gußeisen mit Kugelgraphit ergänzt.
Insgesamt konnten somit die Entwicklung und der Einsatz von Sphäroguß für Transport- und Lagerbehälter radioaktiver Stoffe durch umfangreiche experimentelle und analytische Untersuchungen sowie zahlreiche Fachdiskussionen auf internationaler Ebene positiv beeinflußt und wesentlich vorangetrieben werden.
Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurde von der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung ein Begutachtungskonzept auf bruchmechanischer Basis für sog. Typ B(U)-Behälter aus Sphäroguß zum Transport und zur Lagerung radioaktiver Stoffe entwickelt, siehe dazu Abschlußbericht und Fachband 4. Zur Verifizierung des erarbeiteten Konzeptes wurden sowohl Fallversuche an einem Prototypbehälter, siehe Fachband 2, als auch umfangreiche Werkstoffuntersuchungen durchgeführt, siehe Fachband 3. Um jedoch die experimentellen Untersuchungen sinnvoll aufeinander abzustimmen, bedurfte es der Erarbeitung der entsprechenden theoretischen Grundlagen, welche Gegenstand dieses Fachbandes sind. Dabei wird das für die Berechnung gewählte Behältermodell erläutert und werden die im Hinblick auf unterschiedliche Fallsituationen erzielten Berechnungsergebnisse diskutiert. Diese dienten u.a. dazu, bestimmte Versuchsergebnisse (z.B. maximale Spannungen am Behälter) im Voraus abzuschätzen, um die für die bruchmechanischen Untersuchungen erforderlichen Versuchsparameter zweckmäßig einzustellen. Weiterhin weist der vorliegende Fachband in knapper Form auf die wesentlichen Grundlagen der relevanten Bereiche der Bruchmechanik sowie der Sprödbruchanalyse hin. Insbesondere der Fachband 4 beinhaltet hierzu weitergehende Details, die im Rahmen internationaler Fachdiskussionen auf IAEA-Ebene unter Mitwirkung der BAM als Stand von Wissenschaft und Technik gelten können.
A Memorandum of Understanding (MOU) between the Federal Institute for Materials Research and Testing (BAM) and Argonne National Laboratory (Argonne) was signed in the fall of 2014. Its objectives are to promote cooperation among scientists and specialists at BAM and Argonne and establish a framework for collaboration in the field of advanced technologies associated with the back end of the nuclear fuel cycle. Collaborative activities involving the BAM and Argonne may be implemented through the promotion of joint research activities and scientific workshops and conferences; the exchange of technical information; and visits by scientists, specialists, and graduate, postgraduate, and Ph.D. students. The first Argonne/BAM workshop was held at Argonne in October 2014 to discuss aging management issues related to the long-term dry storage of spent fuel. Major topics for potential collaboration on the extended storage of spent nuclear fuel and its subsequent transportation were identified.
The Konrad repository for not heat generating radioactive wastes was licensed first in 2002. But due to legal actions this license has not been finally confirmed before 2007. Subsequently, the Federal Office for Radiation Protection (BfS) began scheduling backfitting of the former iron ore mine into a repository. The licensed repository volume is 303,000 m3 based on estimations of expected waste volumes to be disposed off although the mine itself would offer a much larger volume. Once the repository is ready for Operation, waste packages can be disposed, but this is not expected before the end of this decade. Nevertheless, there is already today a great interest in qualified and certified waste conditioning and packaging for disposal requiring Containers, tested, evaluated and certified by BAM and BfS.
Key points of the Konrad license concern comprehensive requirements for waste products and Containers. Details are described in BfS reports, which constitute the basic documents for the license. Following the final license confirmation a revision of these documents has been requested in order to include considerations of water poisoning substances. This work is currently done by BfS in Cooperation with the NLWKN of Lower Saxony and the Institute for Safety Technology (ISTec). Concerning the specification for Containers themselves no or only minor changes are expected.
Das Endlager Konrad wurde bereits im Jahr 2002 als Endlager für nicht Wärme entwickelnde radioaktive Abfälle genehmigt. Jedoch wurde diese Genehmigung anschließend beklagt und konnte erst 2007 in letzter Instanz bestätigt werden. Nachfolgend hat das Bundesamt für Strahlenschutz (BfS) mit der Planung und Realisierung zum Umbau des ehemaligen Eisenerzbergwerkes zum Endlager begonnen. Das genehmigte Endlagervolumen beträgt 303.000 m3 und basiert auf Abschätzungen für die zu erwartende Abfallmenge. Das Bergwerk selbst böte ein deutlich größeres Volumen. Mit der Einlagerung von Behältern kann allerdings erst nach Fertigstellung des Endlagers und nach derzeitigem Stand voraussichtlich nicht vor Ende dieses Jahrzehnts gerechnet werden. Gleichwohl besteht bereits heute ein hohes Interesse an der endlagergerechten Konditionierung und Verpackung der für Konrad vorgesehenen radioaktiven Abfälle, wofür nicht zuletzt von der BAM bauartgeprüfte und vom BfS zugelassene Behälter erforderlich sind.
Kernpunkte der Endlagergenehmigung sind umfassende Anforderungen an Abfallprodukte und Behälter. Einzelheiten sind in den vom BfS der Genehmigung zu Grunde liegenden Berichten und Endlageranforderungen definiert. Diese enthalten vor allem Anforderungen an die Abfallprodukte und an die zu deren Verpackung erforderlichen Behälter. Mit der Genehmigungserteilung wurde auch eine Überarbeitung dieser Endlageranforderungen und hinsichtlich der Berücksichtigung Wasser gefährdender Stoffe gefordert. Diese Arbeiten werden derzeit vom BfS in Zusammenarbeit mit dem Niedersächsischen Landesbetrieb für Wasserwirtschaft, Küsten- und Naturschutz (NLWKN) und dem Institut für Sicherheitstechnik (ISTec) vorgenommen. Hinsichtlich der Anforderungen an die Endlagerbehälter wird allerdings davon ausgegangen, dass die für die Behälterbauartprüfung wesentlichen abfallprodukt- und behälterspezifischen Anforderungen davon nicht oder nur unwesentlich berührt sein werden.
The presentation explains recent administrative developments in Germany concerning nuclear waste management and adresses national and European R&D funding concepts. National and international collaboration is explained followed by the latest update on long term metal seal investigations at BAM. Finally, fuel cladding failure mechanisms during long term dry storage and related R&D initiatives at BAM are explained.
Metal seals are in common use as an essential component for the leak tight closure of transport and storage casks for spent fuel and vitrified high active waste from reprocessing. They are placed between the massive monolithic cask body made of ductile cast iron or forged steel and the primary and secondary lids, which are fixed with screws around the lid circumference, in order to ensure long term safe enclosure of the radioactive cask inventory. Hereby, long term reliable pressure forces in combination with a tight surface contact are as important as well maintained seal and surface qualities and dry and clean conditions during seal assembly and operation. A few years ago BAM started systematic investigation on the long term seal behavior with re-spect to longer storage periods and seal behavior in accidental cask scenarios with dynamic de-formations of the seal groove geometry or short term drop in pressure force up to lid lifting. BAM has developed test flanges for seals with full scale cross section diameter but much small-er outer diameter to gain representative data for metal-sealed lid systems. They are placed in appropriate testing machines for relevant mechanical loading under static and dynamic condi-tions with the ability to measure the standard helium leakage rate continuously during each test phase. This paper focuses on BAM long term tests of different seal types with aluminum and silver jackets at three different temperatures of +20°C, +100°C and +150°C under static conditions over longer periods of time. Due to creeping effects, a reduction of the pressure force does ap-pear during loading and unloading depending on prior holding times. So far, test results of up to 2 years indicate a clear correlation between seal pressure forces and holding time, temperature and seal type allowing for extrapolating to much longer periods of time. The paper presents basic correlations, test and evaluation procedures as well as important provisional results and gives an outlook on further investigations.
Transport and storage of radioactive materials are performed in countries with policy of either closed or open nuclear fuel cycle. The related technologies have been established by accumulation of experiences and researches including demonstrative tests using full scale or scale models and analyses. Those are essential before commercialization, but are often costly and time consuming. Such demonstrative works should not be repeated meaninglessly, but can be shared through this kind of book and used by readers and the future generations to advance the technology effectively. This book systematically provides findings from lots of valuable researches on safety of transport and storage of radioactive materials under normal and accident conditions that have an impact on basis of safe regulations, designs, and operations.
Mechanical and thermal safety analyses and demonstrations for cubic DCI multipurpose containers
(1997)
Mechanical and thermal safety analyses and demonstrations for cubic DCI - multi-purpose containers
(1997)
The German approach of storing spent nuclear fuel in dual purpose casks until final disposal is based on individually licensed storage sites concerning specific nuclear inventories and dual purpose cask types. The currently approved license period is maximum 40 years.
With nuclear policy changes including the phase-out decision of 2011 and a new approach for the HLW repository siting process set up 2013 by law also the spent fuel and HLW management strategy has to be adapted. This includes the timely development of disposal container concepts as part of the overall repository siting process and the need for longer interim storage periods until final disposal. Other aspects affect new regulations about the financing of the nuclear waste management by the industry and the public sector, the restructuring of responsible authorities in 2016/2017 and the adaption of R&D funding programs addressing also pre-disposal (or extended interim storage) issues.
BAM as a Federal Research Institute has been responsible for or in charge of container safety Evaluation for transport and storage casks for radioactive waste for several decades and started addressing potential Extended interim storage issues already several years ago. This included participation in international projects at the IAEA or in the U.S. Extended Storage Collaboration Program (ESCP) as well as long term laboratory tests with metal seals, elastomeric seals and polymers for neutron shielding purposes. Test results of BAM are published regularly and gained data provide valuable information about thermo-mechanical and radiological degradation effects as well as the long term Performance of respective cask components. Regarding the reliable extrapolation and prediction of the long term Performance of cask materials and components for time periods of up to 80 or even 100 years the continuation and extension of laboratory tests and the development of analytical and numerical simulation models and tools is essential and under way.
The safe and secure long term storage of spent nuclear fuel until its final disposal in a deep geological repository is a corner stone of the German nuclear waste management strategy. So far interim storage licenses are limited to 40 years concerning the initial concept of having a repository available until 2035. But in the meantime the exploration of the designated Gorleben salt dome was finally stopped and a reset of the complete site selection process was concluded by the German Federal parliament and subsequently fixed by law. A 33-member “Commission on the storage of highly radioactive materials” was established in 2014, to elaborate a consent based siting process and to develop criteria for the safe disposal of heat generating waste. The disposal commission agreed and published its final report in 2016.
As a major consequence, the necessary timeframe for establishing the final repository is going to be exceeded significantly and with that, an extension of the current dry interim storage in dual purpose casks becomes necessary. This paper explains the major actions to be taken in Germany to address all relevant issues for a future extension of storage licenses beyond the initial timeframe of 40 years.
Dry cask storage of spent fuel and high active waste front reprocessing is licensed and established in Germany for up to 40years so far. About 10years ago, the strategy has been shifted from centralized storage using facilities in Ahaus and Gorleben to cit-site storage facilities in Order to avoid immediate cask shipping from nuclear power plants. At present, several hundred casks are stored safeiy and without any major problem. BAM is highly involved in cask specific safety evaluations within the scope of licensing procedures as well as of quality assurance procedures during cask fabrication, loading and storage.
A major prerequisite for any cask storage license is a valid transport Type B license. Subsequently, cask transportability has to be ensured at any point during the entire storage period. So far, this requirement is met by continuous maintenance of the Type B license. Anyhow, IAEA Type B regulations do not consider permanently loaded storage casks that have the sole purpose of being finally shipped öfter decades of storage inducing ageing effects. No transport safety demonstration has to be performed on aged cask components.
This paper describes and discusses the major challenges of spent fuel management in Germany after the phase-out of nuclear electricity generation was decided in 2011 and a new repository siting procedure was implemented in 2013. Consequences from those decisions which were legally founded by amendments of the German Atomic Energy Act (AtG) result in the need to transfer all remaining spent fuel from limited reactor operation (last reactor shutdown until the end of 2022) into casks for subsequent dry interim storage on-site. Storage licenses are generally issued site-specific considering specific dual purpose casks (DPC) and their inventories and they are generally limited to 40 years so far. But the need for extending the interim storage period in the future has become obvious. Even though, this may not be an issue to be solved already today questions about additional safety demonstrations will arise as soon as licenses need to be extended. Certainly, these questions will ask for reliable data about the long term performance and safety of structures, systems, and components, e. g. the long term performance of cask components and materials like bolted closure systems including metal seals, or fuel rod behaviour concerning cladding materials under stress and temperature conditions. In case of dual purpose casks for storage and transportation this includes aspects on how to demonstrate transportability during or after several decades of interim storage. Long term investigations often require plenty of time and therefore need to be initiated timely.
This paper describes and discusses the major challenges of spent fuel management in Germany after the phase-out of nuclear electricity generation was decided in 2011 and a new repository siting procedure was implemented in 2013. Consequences from those decisions which were legally founded by amendments of the German Atomic Energy Act (AtG) result in the need to transfer all remaining spent fuel from limited reactor operation (last reactor shutdown until the end of 2022) into casks for subsequent dry interim storage on-site. Storage licenses are generally issued site-specific considering specific dual purpose casks (DPC) and their inventories and they are generally limited to 40 years so far. But the need for extending the interim storage period in the future has become obvious. Even though, this may not be an issue to be solved already today questions about additional safety demonstrations will arise as soon as licenses need to be extended. Certainly, these questions will ask for reliable data about the long term performance and safety of structures, systems, and components, e. g. the long term performance of cask components and materials like bolted closure systems including metal seals, or fuel rod behaviour concerning cladding materials under stress and temperature conditions. In case of dual purpose casks for storage and transportation this includes aspects on how to demonstrate transportability during or after several decades of interim storage. Long term investigations often require plenty of time and therefore need to be initiated timely.
For the long-term storage of spent nuclear fuel and other high-Level radioactive waste, dual purpose casks for the transportation and storage are widely used. Usually, these casks consist of a thick-walled monolithic cask body and a bolted double barrier lid System equipped with metal seals (consisting of an inner helical spring and two outer metal layers with a total cross-section diameter between 5 and 10 mm) to ensure the long-term safe confinement of the radioactive inventory.
Based on analytical and experimental studies, such metallic Systems have been qualified of storage periods of up to four decades so far as long as proper manufacturing and assembling conditions are met. More than 20 years of Operation experience with a permanently increasing number of casks has shown full compliance with the expectations.
In the meantime many countries have to face a significant delay of establishing a high-level radioactive waste repository what leads to Need for extending interim storage periods for probably 60, 80 or 100 years.
For that reason the long-term performance of metal seals for such time periods is of specific internst to demonstrate their sufficient safety function and specific investigations have already been launched, e.g. by BAM, to gain more experimental data and to develop validated models to extrapolate the seal performance to longer periods of time and or requested temperature levels.
Die Bundesanstalt für Materialforschung und –prüfung (BAM) wurde von der AG 3 der Kommission Lagerung hoch radioaktiver Abfallstoffe gebeten, Anforderungen an Behälter für die Endlagerung hoch radioaktiver Abfallstoffe im Hinblick auf ih-re Rückholbarkeit während des Endlagerbetriebes und ihre Bergbarkeit nach Ver-schluss des Endlagers über einen Zeitraum von 500 (bis 1.000 ?) Jahren darzu-stellen. Die BAM kommt diesem Wunsch auf der Grundlage ihrer langjährigen Er-fahrungen und Fachkenntnisse auf den Gebieten der Bauartprüfung und der si-cherheitstechnischen Begutachtung von Transport- und Lagerbehältern für radio-aktive Stoffe nach.