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Organisationseinheit der BAM
Heavy-weight packages for the safe transport of radioactive material are equippedwith impact limiters often built ofwood-filled steel sheet structures to fulfil the requirements of the International Atomic Energy Agency (IAEA) regulations. The requirements definemechanical tests followed by a thermal test, including criteria ensuring the package design’s ability to withstand severe accidents and provide a high level of technical safety.
Impact limiters are a package component mainly designed for the packages to withstand severe mechanical accident scenarios. In drop tests the impact limiters absorb the kinetic energy during impact of the package. The package must then - with its pre-damaged impact limiters - endure a thermal test defined precisely in the IAEA regulations as a 30-min fully engulfing 800 °C-fire. After the fire, a wood-filled impact limiter may continue to release thermal energy from an ongoing combustion process, defining relevant package temperatures. The energy flow from a possible burning impact limiter to the package is important for the safety evaluation of transport packages. To investigate the combustion behaviour of densely packed layers of spruce wood, encapsulated in pre-damaged cylindrical metal enclosures, a test set-up has been realised. The set-up consists of a combustion chamber to perform these tests under defined boundary conditions. The temperature development of the test specimens will be observed fromoutside with a thermographic imager, with HD-Cameras, and the mass loss will be measured during the entire test. Airflow conditions in the combustion chamber are analysed using Computational Fluid Dynamics (CFD) calculations in OpenFOAM. The planned combustion test setup is described.
Packages for the transport of spent nuclear fuel are designed to endure severe accidents. To obtain approval, these transport packages must adhere to the specification-based criteria of the international transport regulations SSR-6 of the International Atomic Energy Agency (IAEA). To ensure compliance with these requirements, specific mechanical and thermal tests need to be addressed with respect to the package type. Typically, SSR-6 prescribes a mechanical test followed by a thermal fire test as part of different testing scenarios. To approve the latter test of the sequence, BAM performs calorimeter tests in advance with so-called fire reference packages for characterizing the actual fire and its impact on the package to be tested. Packages are designed with different geometry sizes depending on their purpose. For previous tests, the implemented test setups in the fire test stand were sufficiently dimensioned and could cover all requirements in this respect. However, to cover additional testing needs in the future, BAM is expanding the test setup for the purpose of testing significantly larger packages.
In previous test setups one ring burner for propane surrounding the test specimen was sufficient. The limiting size in this configuration was the design height of the transport package to be tested. According to the thermal test of the IAEA-Regulations [1], a 30-minute fully engulfing 800°C pool fire or an equally severe fire, e.g., propane gas fire, must be applied to the transport package. Possible adjustments such as nozzle cross-section and propane mass flow can be adjusted to a certain extent. Further modifications, to cover significantly higher and larger packages all-around with a fully engulfing fire, must be accomplished with an additional, second burner ring. Both burner rings had the same dimensions and were mounted on top of each other at different heights to create a significantly larger volume of fire that completely engulfs the package including its impact limiter.
To meet the IAEA regulatory boundary conditions, the enhanced fire test stand with the second burner ring is tested with a large fire reference package and will then be used for real-size transport packages after all parameters are successfully met. This fire reference package represents the external geometry of a generic transport cask for radioactive material and is equipped with numerous temperature sensors to record temperature curves at the interior wall surfaces.
Transportierbarkeit von Transport- und Lagerbehältern für radioaktive Stoffe, welche nach eine längerfristigen trockenen Zwischenlagerung
transportiert werden müssen. Überblick über die aktuellen Regelwerke und Richtlinien sowie die Zeitpläne für das Finden eines Endlagers für hochradioaktive Stoffe und die damit verbundene verlängerte Zwischenlagerung. Des Weiteren werden das für die verlängerte Zwischenlagerung notwendige Alterungsmanagement und die noch erforderlichen Forschungstätigkeiten vorgestellt.
Transportierbarkeit von Transport- und Lagerbehältern für radioaktive Stoffe, welche nach eine längerfristigen trockenen Zwischenlagerung
transportiert werden müssen. Überblick über die aktuellen Regelwerke und Richtlinien sowie die Zeitpläne für das Finden eines Endlagers für hochradioaktive Stoffe und die damit verbundene verlängerte Zwischenlagerung. Des Weiteren werden das für die verlängerte Zwischenlagerung notwendige Alterungsmanagement und die noch erforderlichen Forschungstätigkeiten vorgestellt.
Falltürme sind Bauwerke, die als Versuchsanlagen sehr speziellen, impulsartigen Belastungen ausgesetzt sind. Am Fallturm auf dem Testgelände Technische Sicherheit (TTS) der BAM wurde bei Routineinspektionen eine Abnahme der strukturellen Integrität in Form von Vorspannungsverlusten in den Bolzen der Stahlverbindungen festgestellt. Um ein Verständnis für die zugrundeliegenden Trag- und Schädigungsmechanismen zu erlangen, wurde ein umfassendes Structural Health Monitoring (SHM) System geplant und am Bauwerk installiert unter Nutzung von digitalen Bauwerksmodellen. Für die Auslegung des Überwachungssystems, insbesondere aber zur Unterstützung der Untersuchung des Schädigungsprozesses, wurden Finite-Elemente-Modelle erstellt. Um sicherzustellen, dass die FE-Modelle das reale Tragwerksverhalten mit ausreichender Genauigkeit abbilden, mussten sie jedoch in Bezug auf die gemessenen Antworten des Tragwerks kalibriert werden. Der vorliegende Beitrag beschreibt experimentelle und numerische Untersuchungen zur Identifizierung des strukturellen Systems des Stahlrohrgitterturms in Vorbereitung einer Überwachungskampagne. Die Auswertung von gemessenen Schwingungen unter ambienter Anregung ermöglichte die Identifizierung der Eigenfrequenzen mehrerer globaler Schwingungsmoden des Fallturms. Zur Modellvalidierung wurde zunächst eine Sensitivitätsanalyse durchgeführt, um die Parameter mit dem größten Einfluss zu ermitteln. Anschließend wurde ein evolutionärer Algorithmus (EA) zur Optimierung nach dem Prinzip der Minimierung der Differenzen zwischen gemessenen und simulierten charakteristischen Antworten eingesetzt. Das aktualisierte Modell wurde schließlich an der dynamischen Reaktion der Turmstruktur infolge einer realen Falltest-induzierten Stoßbelastung validiert. Die Ergebnisse zeigten eine gute Übereinstimmung zwischen numerischen und experimentellen Ergebnissen.
At the Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) full scale specimens for nuclear transport and storage containers (casks) are tested for their structural integrity in a series of drop tests on the Test Site Technical Safety in Horstwalde, 50 km south of Berlin. These drop tests cause a major stress not only on the casks, but also on the steel tower structure of the test facility, itself. The load pattern makes the structure very interesting for detailed investigation. The focus of the monitoring lies on the bolted joints of the flange connections that are a typical connection for cylindrical elements if welding is technical or economical unfavorable. The definition of the monitoring takes was done by investigating the existing documents and inspection results accompanied by building an initial digital representation of the structure, consisting of two finite element (FE) models and a geometrical 3D point cloud representation. As a first step the structures behavior during static and dynamic loading was analyzed using measurement data and an updated numerical FE Model. The idea behind is to use models for a digital planning and operation/evaluation of the structural health monitoring. A static FE simulation and a dynamic FE simulation are generated, to investigate how the structure behaves under the load conditions.