Kerntechnische Entsorgung
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Die Regelwerksanforderungen für Verpackungen für den Transport radioaktiver Stoffe basieren auf den Empfehlungen der IAEA und werden über die verkehrsträgerspezifischen internationalen Regelwerke in nationales Recht umgesetzt.
Um die Anforderungen des Regelwerkes zu erläutern, entwickelt die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) Gefahrgutregeln (BAM-GGR), welche die Entwickler, Hersteller und Betreiber von Behältern über die von der BAM angewandten Verfahren bei der Umsetzung gesetzlicher Bestimmungen informieren und unterstützen sollen.
Wood is widely used in impact limiters of Transport casks for radioactive material. Encapsulated by an outer and inner Steel structure, spruce wood is offen applied in layers of altemating direction. The friction at the interfaces between these layers is of crucial importance for the impact and energy absorption e.g., at an accidental impact of a cask against a hard component.
In order to get detailed Information for corresponding numerical calculations, in this study the friction coefficient for the combinations wood-wood and wood-steel was measured in the temperature ränge between -40 °C and 90 °C according to the relevant stress conditions for such casks. Results show decreasing friction with increasing temperature, ranging from 0.43 at -40 °C to 0.22 for 90 °C for wood-steel combinations and from 0.3 at -40 °C to 0.24 at 90 °C to for a wood-wood combination.
CASTOR-Behälter sollen den Auswirkungen schwerster Unfälle standhalten und müssen dabei ihre Sicherheitsfunktionen beibehalten. Dazu zählen der sichere Einschluss des radioaktiven Inventars mit nachgewiesener Behälterintegrität und -dichtheit, die ausreichende Abschirmung der radioaktiven Strahlung, die Ableitung der von den Brennelementen ausgehenden Wärme und der Ausschluss des Entstehens einer nuklearen Kettenreaktion, d.h. die Kritikalitätssicherheit sind zu gewährleisten.
Zum Nachweis dieser Fähigkeiten werden die Behälter gegen Stoß, Aufprall, Durchstoßen, Feuer sowie beim Eintauchen in Wasser geprüft. Durch diese Tests werden Beanspruchungen aus potentiellen schweren Unfällen abdeckend simuliert. Die hierfür erforderlichen experimentellen Tests, aber auch die Prüfung und Entwicklung komplexer rechnerischer Simulationen des Behälterverhaltens unter Anwendung der Finite-Elemente-Methode erfolgen bei der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM).
Die Basis bildet das Regelwerk der Internationalen Atom- und Energieorganisation (IAEO) zum sicheren Transport von radioaktiven Stoffen, welches international harmonisierte Schutzziele und Prüfanforderungen definiert. Die seit 60 Jahren praktizierte stetige Weiterentwicklung der Sicherheitsanforderungen trägt aktuellen Erkenntnissen, Erfahrungen und Risikoanalysen Rechnung. Die Brennelementbehälter werden mechanischen Prüfungen sowie Brand- und Wasserdruckprüfungen unterzogen. Hierdurch wird nachgewiesen, dass sie den Auswirkungen eines schweren Unfalls standhalten können.
Nur Behälter die zweifelsfrei die kumulativen mechanischen und thermischen Tests und auch die Wasserdruckprüfung mit Erfüllen aller Schutzziele bestehen, bekommen eine Zulassung, die es erlaubt die Behälter zu transportieren.
Properties of alkali-activated mortars with salt aggregate for sealing structures in evaporite rock
(2021)
Concrete structures for sealing of tunnels in the host rock are an essential part of systems for nuclear waste storage. However, concretes based on blended cements or magnesium oxychloride cements, which are commonly considered for this application, can deteriorate severely due to a significant heat of hydration and associated deformation and cracking. Alkali-activated materials (AAMs) offer a potential solution to this problem because of their low heat release during hardening. To explore their suitability for the construction of sealing structures in evaporite rock, various AAMs with salt aggregate were studied regarding fresh properties, heat release, mechanical properties and microstructure. The heat of reaction of the AAMs was up to 55% lower than that of a blended cement designed for sealing structures, indicating significant benefits for the intended application. Other relevant properties such as mechanical strength and permeability depended strongly on the mix-design of the AAMs and curing conditions.
Eine Aufgabe des Fachbereichs 3.4 Sicherheit von Lagerbehältern der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) ist es, die Sicherheit von Behältern zur Lagerung von radioaktivem Abfall mit vernachlässigbarer Wärmeentwicklung zu bewerten. Da solche Behälter vor der Entsorgung transportiert und gelagert werden, ist während dieser Zeit ein sicherer Einschluss des radioaktiven Inhalts von größter Bedeutung. Zur Abdichtung dieser Behälter sind Elastomer-O-Ringe weit verbreitet. Um für solche, wie auch für viele andere Anwendungen, eine Voraussage über die Lebensdauer dieser Komponenten treffen zu können, ist es unerlässlich zu verstehen, welchen Einfluss der durch Alterung hervorgerufene Abbau auf Dauer auf die Elastomerdichtungen hat. In einem Langzeittest wurden drei Kautschukarten (EPDM und FKM, die für die Anwendung relevant sind, und HNBR als Vergleich) über mehrere Jahre untersucht. Dabei wurden die Veränderungen der mechanischen Eigenschaften (z. B. Härte und Bruchdehnung) bei vier verschiedenen Alterungstemperaturen (75 °C, 100 °C, 125 °C und 150 °C) sowie das Dichtungsverhalten betrachtet. Um den Einfluss von Vernetzung und Kettenspaltung auf die beobachteten Alterungseffekte zu bestimmen, wurden Messungen zur kontinuierlichen und intermittierenden Druckspannungsrelaxation durchgeführt. Dadurch konnten Erkenntnisse über Kinetik und Mechanismus der Abbaureaktionen
gewonnen werden. Zur Einschätzung des Dichtungsverhaltens wurden Durckverformungsrest und Leckagerate gemessen. Die Ergebnisse zeigen, dass die O-Ringe unter statischen Bedingungen auch dann dicht halten, wenn die Werte für Druckverformungsrest, Druckspannungsrelaxation und mechanische Eigenschaften schon auf einen fortgeschrittenen Alterungsabbau hindeuten. Aus diesem Grund wurde ein modifizierter Dichtigkeitsversuch mit einer geringen und schnellen teilweisen Entlastung der Dichtung entwickelt, mit dessen Hilfe sich ein Lebensdauerkriterium bestimmen lässt, das eine Sicherheitsspanne für thermische Schrumpfung und Vibrationen beinhaltet.
At the Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) in Division 3.4 Safety of Storage Containers, one of our tasks is to evaluate the safety of containers designed for disposal of low and intermediate radioactive waste. As such containers might be transported before and stored until disposal, safe enclosure of the radioactive inventory is important for this time span. Elastomer O-rings are widely used as barrier seals in these containers. Thus, as for many other applications, an understanding of the practical effects of ageing degradation on elastomer seals during long-term exposure is mandatory for predicting the lifetime of such components. According to a long-term test programme on three kinds of rubbers (EPDM and FKM (relevant for application), HNBR (for comparison)), over several years we have studied the degradation and the change of mechanical properties (e.g. hardness, strain at break) at four different ageing temperatures (75 °C, 100 °C, 125 °C and 150 °C) as well as the change of sealing properties. Continuous and intermittent compression stress relaxation (CSR) measurements were performed in order to investigate the respective contribution of crosslinking and chain scission to the observed degradation effects. Thus, the degradation kinetics and mechanisms could be resolved more clearly. For assessing the seal performance, compression set (CS) and leakage rate measurements were conducted. The experimental results showed that the O-rings remained leak-tight under purely static conditions even when CSR, CS and mechanical properties already indicated far advanced degradation. For this reason, a modified leakage test involving a small and rapid partial decompression of the seal was developed that enabled determining an end-of-lifetime criterion for O-rings with a safety margin for thermal shrinkage and vibrations.
Planar tomography and numerical analysis for damage characterization of impact loaded RC plates
(2020)
The damage analysis of reinforced concrete (RC) is of high interest for reasons of effective maintenance and structural safe-ty of buildings. The damage structures of RC plates loaded by an impact were investigated, applying X-ray planar tomogra-phy and finite element method (FEM). Planar tomography allows getting three-dimensional information of the RC elements and the damage including crack, spalling and scabbing. The FEM model validated on the tomography data justifies the appli-cation for further predictions of the damage description. In this study, we investigated concrete plates of three different thick-ness subjected to impacts at different low- and medium-velocity, whereby the used impactor had a flat tip, which resulted in small penetrations on the front side and scabbing on the rear side. In order to quantify the damage, the damage volume and its distribution through the plate were computed and the correlations between degree of damage and impact velocity were found out.
Component and material investigations on metal seals for high level radioactive waste containers
(2018)
Long-term investigations performed at BAM look to extend the state of knowledge on safety-related components of interim storage containers. Metal seals act as the primary sealing barrier in the bolted double lid closure system of the containers. The behaviour of metal seals has been investigated for ageing times up to 8.5 years and for various temperatures. The main cause for reduction in useable resilience overtime was due to creep deformation of the outer jacket of the seal.
Im Gegensatz zu den zulassungspflichtigen Versandstücken für die gemäß der gefahrgutrechtlichen Regelwerksanforderungen eine behördlich ausgestellte Zulassung erforderlich ist, ist für die prüfpflichtigen Versandstücke lediglich eine behördliche Anerkennung und Überwachung des Managementsystems für die Auslegung, Herstellung, Prüfung, Dokumentation, den Gebrauch, die Wartung und Inspektion erforderlich.
In der Bundesrepublik Deutschland ist gemäß den Festlegungen in der Gefahrgutverordnung Straße, Eisenbahn und Binnenschifffahrt die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) zuständig für die Anerkennung und Überwachung von Managementsystemen.