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In Germany, the mechanical and thermal safety assessment of approved packages for the transport of RAM is carried out by BAM as the competent authority according to the International Atomic Energy Agency regulations. BAM was involved in several approval procedures with ductile cast iron containers containing wet intermediate level waste. These contents, which are not dried, only drained, consist of saturated ion exchange resin and a small amount of free water. Compared to the safety assessment of packages with dry content, attention must be paid to some more specific points. The physical and chemical compatibility of the content itself and of the content with materials of the package must be shown. From the mechanical resistance point of view, the package has to withstand the forces resulting from the freezing liquid. The most interesting point, however, is the pressure build-up inside the package due to vapourisation. This could be caused by radiolysis of the liquid and must be taken into account for the storage period. The paper deals primarily with the pressure build-up inside the package caused by the regulatory thermal test (30 min at 800°C) as part of the cumulative test scenario under accident conditions of transport. To determine the pressure, the temperature distribution in the content must be calculated for the whole period from the beginning of the thermal test until cooling down. In this case, calculating the temperature distribution requires, besides the consideration of conduction and heat radiation, consideration of evaporation and condensation including the associated processes of transport.

Beim Betrieb von Kernkraftwerken fallen kontaminierte feuchte Abfallstoffe, wie z. B. Ionenaustauscherharze an, die in Transport- und Lagerbehältern der Entsorgung zugeführt werden. In Deutschland ist die BAM die zuständige Behörde für die Bauartprüfung von Typ B-Versandstücken. Im Zulassungsverfahren wird die Einhaltung der Schutzziele solcher Verpackungen überprüft. Basis für die Bewertung sind hierbei nationale und internationale gesetzliche Grundlagen sowie Regularien, welche in direkter Linie auf den IAEA SSR-6 [1] basieren. Die BAM ist ebenfalls im Rahmen einer Verwaltungsvereinbarung durch das BfS mit der Behälterbauartprüfung sowie der Beurteilung der qualitätssichernden Maßnahmen auf Grundlage von Kapitel 7 in [3] beauftragt. Typ-B(U) Verpackungen dienen zur Aufnahme verschiedenster radioaktiver oder radioaktiv kontaminierter Inhalte wie Brennelemente, Core-Bauteile, Rückbaurückstände oder belasteter Reinigungs- und Hilfsstoffe. In den meisten Fällen werden trockene bzw. getrocknete Inhalte verpackt. Potentiell feuchte oder nasse Inhalte wie z.B. Verdampferkonzentrate werden oftmals innerhalb der Verpackung getrocknet und können somit als trockene Inhalte behandelt werden. Beladene Ionenaustauscherharze werden i.d.R. mittels Transportwasser in die Verpackung eingespült und nur entwässert, aber nicht getrocknet. Die BAM war bereits in verschiedenen Zulassungsverfahren für Behälter mit feuchtem radioaktivem Inventar involviert. Bezüglich des Konrad Endlagers sind solche Verpackungen für feuchte, nicht Wärme entwickelnden Inhalte in der Regel als „Störfallfest verpackte Abfälle der Abfallbehälterklasse II [ABK II] mit spezifizierter Leckrate“ klassifiziert. In diesem Beitrag soll direkt Bezug zu den thermischen Prüfungen genommen werden. Im Transportfall sind hierbei die Unfallbeförderungsbedingungen zu unterstellen, die neben den mechanischen Prüfungen ein den Behälter vollständig einhüllendes Feuer von mindestens 800°C über 30 Minuten sowie der notwendigen Abkühldauer vorschreiben. Für eine geplante Endlagerung der Behälter ist im Zuge der Endlager-Bauartprüfung eine Branddauer von 60 Minuten mit nachfolgender 24-stündiger Abkühlphase unter abweichenden Randbedingungen gegenüber den verkehrsrechtlichen Regelwerksanforderungen zu beachten ([2] Kap. 5.3.). Bei einer möglichen Vorgehensweise zur Bestimmung des Druckaufbaus in einem Behälter aus den vorgeschriebenen Feuertests wird zuerst die Temperaturverteilung im Inhalt über den Zeitraum des Brands sowie der Abkühlphase berechnet. Der hier betrachtete Inhalt, der lediglich entwässert, aber nicht getrocknet ist, besteht sowohl aus gesättigtem Ionenaustauscherharz als auch aus einem geringen Anteil an freiem Wasser. Die Verdampfung von Wasser ist dabei ein kritischer Prozess der zum Druckaufbau im Behälter führt. Zur Einschätzung der aus dem thermischen Lastfall resultierenden Beanspruchungen des Behälters bis hin zur Gefährdung seiner Dichtheit und Integrität können sowohl rechnerische, als auch experimentelle Methoden Anwendung finden. Während sich die durch eine Brandbeanspruchung einstellenden Temperaturen in der Verpackung relativ genau berechnen lassen, erweist sich die Bestimmung der Temperatur- und Druckverteilung im Inventar aufgrund des komplexen thermischen und strömungsdynamischen Verhaltens als Herausforderung. Dabei ist der Wärmeübergang von der Behälterinnenwand in das Inventar sowie das thermische Verhalten des Inventars als inhomogen zu erhitzendes Gemisch aus Feststoffen, Fluiden (z.B. Wasser) und Gasen sehr komplex. Diese Vorgänge bestimmen jedoch den resultierenden und für die Sicherheitsbewertung maßgebenden Druckaufbau im Behälterinnenraum. Unter Berücksichtigung von Konvektion, Wärmeleitung und -strahlung werden thermische Zustände für den gewählten generischen Behälter aufgezeigt und die Effekte hinsichtlich Verdampfung und Druckaufbau erklärt. Anschließend werden zwei Ansätze zur Bestimmung des Partialdrucks durch Verdampfung im Behälter aufgezeigt. Para 663 und Para 664 der IAEA SSR-6 [1] der Transportbedingungen besagen, das - je nach Auslegung - der Feuertest bereits mit einem Innendruck von bis zu 700 kPa begonnen wird. Die beim Feuertest entstehenden Überdrücke müssen dann zum max. Auslegungsdruck hinzugefügt werden und der Behälter muss den Nachweis der Integrität mit den durch die Hitze reduzierten Werkstoffkennwerten des Behälters (Körper, Deckel, Verschlusssystem, Dichtung) nach der Vorschädigung durch die mech. Unfalltests erbringen. Bezüglich der Endlagerung besagt die Endlagerungsbestimmung [3] in Kap. 7.1.4.2.4, dass das “…Abfallprodukt so beschaffen sein muss, das bei der gemäß Unterkapitel 7.1.5.6 durchzuführenden thermischen Prüfung der maximal auftretende Innendruck 15 bar beträgt.”.