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Methoden der Bauartprüfung und –zulassung von Behältern für radioaktive Stoffe, Sicherheitsnachweis von RAM –Behältern;
Versuchstechnische Anlagen der BAM für Gefahrgutverpackungen im Originalmaßstab; Durchführung experimenteller Untersuchungen mit Transport- und Lagerbehältern für radioaktive Stoffe; Fallprüfungen mit Prüfmustern und Modellbehältern; Beanspruchungsanalyse von Behälterkomponenten und Sicherheitsbewertung der Behälterkonstruktion; Vorstellung der BAM und des Testgeländes Technische Sicherheit
Three drop test campaigns have been performed with DN 30 Protective Structural Packaging (PSP) developed by DAHER NUCLEAR TECHNOLOGIES GmbH for the transport of natural, enriched and reprocessed uranium hexafluoride (up to 5 wt%) in 30B cylinders.
The mechanical prototype testing is intended to demonstrate that the package DN30 complies with regulatory requirements under normal and hypothetical accident conditions of transport (NCT, ACT) relevant to IF, AF and B(U)F packages, respectively.
The paper includes the results of the latest test campaign carried out in 2015-2016 at the drop test facility of BAM, Germany with new full scale prototypes of the DN30 PSP and 30B cylinders. Repetition of drop test sequences became necessary after changing to Polyisocyanurate foam as shock absorbing material with variable foam densities. Furthermore, the mechanical behavior of the UF6 content of the 30B cylinder is now simulated by a mixture of cement and steel grid as modified surrogate material; instead of small steel balls. The behavior of this new content simulation is assumed to be more realistic with respect to the properties of real UF6.
Three drop test campaigns have been performed with DN 30 Protective Structural Packaging (PSP) developed by DAHER NUCLEAR TECHNOLOGIES GmbH for the transport of natural, enriched and reprocessed uranium hexafluoride (up to 5 wt%) in 30B cylinders.
The mechanical prototype testing is intended to demonstrate that the package DN30 complies with regulatory requirements under normal and hypothetical accident conditions of transport (NCT, ACT) relevant to IF, AF and B(U)F packages, respectively.
The paper includes the results of the latest test campaign carried out in 2015-2016 at the drop test facility of BAM, Germany with new full scale prototypes of the DN30 PSP and 30B cylinders. Repetition of drop test sequences became necessary after changing to Polyisocyanurate foam as shock absorbing material with variable foam densities. Furthermore, the mechanical behavior of the UF6 content of the 30B cylinder is now simulated by a mixture of cement and steel grid as modified surrogate material; instead of small steel balls. The behavior of this new content simulation is assumed to be more realistic with respect to the properties of real UF6.
In context with Japanese disposal and transport container safety assessment the German Federal Institute for Materials Research and Testing (Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung) per-formed extensive drop test series with prototypes of RAM packages in recent years.
The paper presents two cooperative projects focused on project management, testing performance and experimental results.
In the first project, a full-scale prototype of a package for transport and storage of spent fuel elements with a total mass of 127,000 kg and its reduced-scale model which was similar to the prototype in both geometry and design were drop tested in 9 m and 1 m puncture tests at various drop orientations under regulatory conditions. In context with a corresponding research project the test data was used in combination with numerical methods to investigate the phenomenon of internal cask- content collisions during drop tests. Here, technological gaps between basket or radioactive content and cask body or primary lid can be a reason for significant high dynamic loadings of cask components and its internals due to additional impact interactions in the cask cavity caused by inner relative movement between content and cask. Further investigations were carried out in the field of similarity mechanics comparing experimental drop test data of the full-scale prototype and reduced-scale model in regard to the transferability of package impact response from reduced-scale models to full-scale packages.
In the second project, drop tests with a waste container for intermediate depth disposal were per-formed being contracted by Kobe Steel, Ltd. and a consortium of Japanese electric power plant com-panies. The drop test program comprised three single 8-m drop tests in a specimen’s corner edge orientation. For drop tests according to legal regulations for interim storage or final disposal it is often necessary to use a target which represents the real ground of the storage facility. In such cases the container hits directly onto a well-defined concrete slab on top of the IAEA target. Here, the directly impact target for the drop tests were concrete slabs manufactured in Japan and connected by mortar to the impact pad of the unyielding IAEA target.
Ermittlung dynamischer Kennwerte von Dämpferbeton für die Simulation des Beanspruchungsverhaltens
(2016)
Die Sicherheit und Integrität von Verpackungen radioaktiver Stoffe wird anhand von numerischen Berechnungen bewertet. Bei einem Anprall oder Absturz sind die mechanischen Beanspruchungen auf die Behälter auch von den Eigenschaften des Untergrunds abhängig. Um potentielle Gefahren während der Verladung zu minimieren, wird energieabsorbierender Dämpferbeton in den Handhabungsbereichen nuklearer Lager eingesetzt.
Zu einer umfassenden sicherheitstechnischen Analyse und Bewertung gehört die Berücksichtigung des Beanspruchungsverhaltens von Dämpferbeton. Hierfür ist ein numerisches Materialmodell notwendig, das in der Literatur bisher nicht vorlag. Die dafür notwendigen dynamischen Kennwerte sind in verschiedenen Druck- und Eindringversuchen ermittelt worden. Dazu wurden dynamische Druckversuche an würfelförmigen Prüfkörpern durchgeführt, sowie Eindringversuche mit unterschiedlichen Eindringkörpern und Dämpferbetonproben. Die experimentell ermittelten Kennwerte wurden verwendet, um ein Materialmodell für Dämpferbeton zu entwickeln und kritische Beanspruchungsszenarien numerisch zu berechnen. Um die Qualität des Materialmodells zu überprüfen, wurde ein realitätsnaher Fallversuch eines Behälters in Originalgröße auf ein lagertypisches Dämpferbetonfundament durchgeführt.
In dem Beitrag sollen die unterschiedlichen Untersuchungen zur Ermittlung dynamischer Kennwerte sowie deren Ergebnisse dargestellt werden. Gezeigt werden ebenso numerische Nachberechnungen einzelner Versuche sowie die ausführliche Berechnung des Fallversuchs im Originalmaßstab. Experimentelle und numerische Ergebnisse aus der Simulation werden hier gegenübergestellt.
BAM is the German Federal Institute for Materials Research and Testing and the competent authority for mechanical and thermal safety assessment of transport packages for spent fuel and high level waste. In context with safety assessment of RAM packages BAM performed numerous drop tests in the last decades. The tests were mostly accompanied by extensive and various measurement techniques especially by instrumented measurements with strain gages and accelerometers. The procedure of drop testing and the resulting measurement analysis are the main methods to evaluate the safety against mechanical test conditions. Measurement techniques are dedicated to answer questions in regard to the structural integrity of a RAM package, the mechanical behavior of the prototype as well as of its content under impact conditions.
Test results like deceleration-time functions constitute a main basis for the validation of assumptions in the safety analysis and for the evaluation of numerical calculations. In this context the adequate selection of accelerometers and measurement systems for the performance of drop tests is important. Therefore it is not only necessary to find suitable positions for the accelerometers at the test specimens, but also to consider technical boundary conditions as e.g. temperature.
Im Testgelände Technische Sicherheit (TTS) verfügt die BAM über eine umfangreiche prüftechnische Infrastruktur für die mechanische und thermische Behälterbauartprüfung unterschiedlicher Behälterdesigns und -komponenten. Berichtet wird über Erprobungsprogramme und prüfmethodische Untersuchungen mit originalgroßen Prüfmustern von Transportverpackungen und Lagercontainer sowie Komponentenuntersuchungen unter Impaktbelastung. Im Großkomponentenversuch werden mit einem Prüfmuster eines Transportbehälters charakteristische Unfallbeförderungsbedingungen simuliert, dabei die Verformungen der Stoßdämpferkomponenten sowie die resultierenden maximalen Starrkörper-Verzögerungen ermittelt und analysiert. Ferner wird über das mechanische und thermische Beanspruchungsverhalten einer Umverpackung für den Transport von UF6- Zylindern im Ergebnis umfangreicher Fallsequenzen sowie einer Brandprüfung berichtet. Im Rahmen der Behälterentwicklung für den Standort Sellafield wurden mit einem dickwandigen Container für radioaktive Abfälle Fallprüfungen auf das unnachgiebige Fundament und eine Brandprüfung durchgeführt. Detaillierte Belastungsanalysen erfolgten an stoßdämpfenden Bauteilen und Materialien im Rahmen der angewandten Sicherheitsforschung.