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4.4.4 Festlegung der Fehlergröße
Die Festlegung von zulässigen bzw. relevanten Werkstofffehlergrößen im Bauteil erfolgt im Zusammenhang mit dendurchzuführenden zerstörungsfreien Prüfungen (s. Abschnitt 6) in entsprechenden Prüfvorschriften. Die registrierpflichtigen Anzeigen und Nachweisgrenzen sind darin in Abhängigkeit von der Bauteilgeometrie (z.B. der Wanddicke) zu spezifizieren.
Der bei der bruchmechanischen Auslegung zugrunde zu legende Werkstofffehlerist so groß zu wählen, dass die Existenz eines Fehlers dieser Größe durch das gewählte Verfahren für diezerstörungsfreie Prüfung ausgeschlossen wird. Die daraus abgeleitete, in die bruchmechanische Bewertung eingehende Rissgröße muss denauszuschließenden Werkstofffehler in konservativer Weise abdecken.Die Genauigkeit des Verfahrens für die zerstörungsfreie Prüfung ist mit einem Sicherheitsfaktor zu bewerten.
4.4.5 Ermittlung bruchmechanischer Werkstoffkennwerte
Die Bruchzähigkeit duktiler Gusseisenwerkstoffe wird vomGefügezustand, den Beanspruchungsgrößen Temperatur und Belastungsgeschwindigkeit sowie von der Geometrie des Bauteiles bzw. der Probe und einer daraus resultierenden Dehnungsbehinderung beeinflusst [31,56, 92, 93, 94]. In Abhängigkeit vom Zähigkeitsverhalten, das aus dem Komplex dieser Beanspruchungsbedingungen resultiert, müssen bei der Ermittlung der Werkstoffkennwerte die entsprechenden Bruchmechanikkonzepte angewendet werden. Während das J-Integral-Konzept sowohl im Gültigkeitsbereich der linear-elastischen Bruchmechanik als auch der Fließbruchmechanik einsetzbar ist, gilt das Spannungsintensitätsfaktor-Konzept (oder K-Konzept) nur im Bereich des linear-elastischen Werkstoffverhaltens. Beide Konzepte sind durch die Beziehungen
 | (10) |
für den ebenen Verzerrungszustand und
| KJ = (J E)0,5 | (11) |
für den ebenen Spannungszustand unter Verwendung des Elastizitätsmoduls E und der Poisson-Zahl v miteinander verknüpft.
Im Gegensatz zur uneingeschränkt zulässigen Umrechnung von Bruchzähigkeitswerten K in J-Integralwerte ist die Umrechnung von Kennwertendes J-Integral-Konzeptes in Bruchzähigkeiten KJ nur bis zugeringer Plastifizierung im Rissspitzenbereich (Kleinbereichsfließen)statthaft. Anderenfalls können bei Anwendung der Gleichungen (10) bzw.(11) auf Gusseisen mit Kugelgraphit auch nichtkonservative Ergebnisseresultieren, in deren Folge eine Überschätzung tolerierbarer Spannungen bzw. Fehlergrößen möglich ist [95].
Bruchmechanische Kennwerte bei dynamischer Beanspruchung werden in Analogie zur statischen Beanspruchung unter Berücksichtigung der Vorgaben in ASTM E 399 [96] (linear-elastisch) sowie ESIS P2 [97] und ASTM E 1820 [98](elastisch-plastisch) ermittelt. Quasistatische Beanspruchungsbedingungen werden dabei für Dehngeschwindigkeiten ε< 0,1 s-1 definiert. In Abhängigkeit von der fürden jeweils vorliegenden Nachweisfall relevanten Beanspruchungsgeschwindigkeit müssen dementsprechend statische oder dynamische bruchmechanische Werkstoffkennwerte ermittelt und verwendet werden, wobei insbesondere im dynamischen Beanspruchungsfall die Anwendung zuverlässiger messtechnischer Verfahren zur Erfassung der Last, der Verschiebung in der Lastangriffslinie und zur Detektion der Rissinitiierung vorauszusetzen ist.
Im Gültigkeitsbereich des K-Konzeptes der linear-elastischen Bruchmechaniksetzt die Bestimmung der statischen Bruchzähigkeit KIc bzw.der dynamischen Bruchzähigkeit KId nach ASTM E 399 [96] die Prüfung von ausreichend großen Proben voraus, die in der Praxis einen erhöhten Prüfaufwand darstellen. An kleineren Proben können im allgemeinen nur elastisch-plastische Zähigkeitskennwerte bestimmt werden wie der werkstoffspezifische Risseinleitungswiderstand nach dem J-Integral-Konzept auf der Grundlage der Prüfstandards ESIS P2 [97] bzw. ASTM E 1820 [98].
Im Rahmen der Behälterbegutachtung erfolgt die Ermittlung von Werkstoffkennwerten im allgemeinen an kleinen Bruchmechanikproben, die auf grund ihrer geringen Probengröße und des elastisch-plastischen Werkstoffverhaltens von Gusseisen mit Kugelgraphit die Anwendung des J-Integral-Konzeptes mit Aufnahme der Risswiderstandskurve (J -Δa bzw. Jd -Δa) und die Festlegung von statischen bzw. dynamischen Risseinleitungszähigkeiten gemäß ESIS P2 (Ji bzw. Jid) und ASTM E 1820 (JIc bzw. JId) erfordern.
Bei Anwendung des J-Integral-Konzeptes für die Kennwertermittlung isteine Umrechnung in entsprechende K-Werte gemäß der Gln. (10) und(11) nicht erforderlich, falls die Berechnung der bruchmechanischen Beanspruchung für den Sicherheitsnachweis rissbehafteter Bauteile mit der FE-Methodeunter Berücksichtigung des beanspruchungsabhängigen Festigkeits-und Verformungsverhaltens ebenfalls auf der Basis des J-Integral-Konzeptes erfolgt (vgl. Abschnitt 4.4.3).
4.4.6 Bruchmechanische Gewährleistungswerte
Im Ergebnis umfangreicher Werkstoffuntersuchungen im Rahmen der Behälterbegutachtung durch die BAM sowie in Forschungsarbeiten [59] gilt für Werkstoffe, die dem Basisgutachten [2] genügen, bei der niedrigsten Auslegungstemperatur von -40 °C der statische WerkstoffkennwertKIc = 50 MPa × m1/2 als abgesichert.
Im Vergleich zur bruchmechanischen Charakterisierung von Behälterwerkstoffen bei statischer Beanspruchung liegen für daskomplexe Beanspruchungsverhalten unter dynamischen Beanspruchungsbedingungen (Dehngeschwindigkeit ε> 0,1-1) nur bruchmechanische Analysen vor, die den Zusammenhang von Werkstoffqualität undbruchmechanischen Kennwerten für Kleinproben umfassen [31, 56, 93, 94,99]. Während unter statischer Beanspruchung bei Prüftemperaturenbis ca. -70 °C bei Einhaltung der Festlegungen des bisherigen Basisgutachtens [2] keine signifikante Verringerung der Bruchzähigkeit zu verzeichnen ist, wird bei dynamischer Beanspruchung im Temperaturbereichvon etwa -20 °C bis -40 °C das Übergangsgebiet der Bruchzähigkeit durchlaufen. Infolge des im Übergangsgebiet wechselnden Bruchmodus vom Duktil- zum Spaltbruch können die dynamischen Rissinitiierungswerte von Gusseisen mit Kugelgraphit auf sehr niedrige Beträge abfallen. Im Bereich der Tieflagenzähigkeit werden KId-Werte unterhalb 50 MPa ×m1/2 bis hinab zu 30 MPa × m1/2 erhalten [53, 100,101,102,103].
Bei der BAM wurden werkstoff- und bruchmechanische Untersuchungen an ausden Wänden von Behältern entnommenen Biegeproben zur Ermittlungvon dynamischen bruchmechanischen Werkstoffkennwerten auch für Großproben durchgeführt [104]. In diesen Stoßbiegeversuchenbeträgt die Beanspruchungsrate K ≈104 MPa × m1/2/s. Dabeiliegt für den untersuchten Gusseisenwerkstoff mit mittleren Perlitgehaltenvon bis zu 20 % der Übergangsbereich bei Temperaturen von -40 °C bis 22 °C. In diesen Untersuchungen wurde bei -40 °C ein Mindestwertder Bruchzähigkeit von 50 MPa ×m1/2 für die wanddickenbezogenen Großproben auch unter dynamischer Beanspruchung ermittelt.
Aufgrund der wenigen verfügbaren Werkstoffkennwerte für Großproben kann dieser Wert jedoch nicht bei einem bruchmechanischen Sicherheitsnachweis für dynamische Beanspruchungsbedingungen(ε > 0,1s-1) herangezogen werden, sofern er nicht durch weitere Untersuchungengestützt wird. Ausgehend vom derzeitigen Untersuchungsstand im Tieftemperaturbereich von -50 °C bis 0 °C und unter Berücksichtigung der dreifachen Standardabweichung als zusätzliche Absicherung des kleinsten Einzelwertes der Bruchzähigkeit aus Versuchenmit Kleinproben ist für die niedrigste Auslegungstemperatur von -40°C ein möglicher, für die Auslegung belastbarer Wert für die dynamische Bruchzähigkeit oberhalb von 30 MPa × m1/2 zu erwarten [104].
5 Anforderungen an die sicherheitstechnische Nachweisführung
Behälter aus Gusseisen mit Kugelgraphit müssen unter Beachtungder verkehrs- und atomrechtlichen Anforderungen die Einhaltung der Schutzziele Dichtheit, Abschirmung und Unterkritikalität sowohl bei betrieblichen Gegebenheiten als auch insbesondere unter Unfallbedingungen gewährleisten.Diese Schutzziele werden in erster Linie bei Unfallbedingungen durch plastische Verformungen oder durch Bruch gefährdet. Der Sicherheitsnachweis füreine Behälterbauart unter Einbeziehung des jeweils verwendeten Werkstoffeslässt sich im Einklang mit den Empfehlungen der IAEA [3] durch vier unterschiedliche Methoden bzw. deren Kombination erbringen:
Schließlich ist durch geeignete qualitätssichernde Maßnahmen die Einhaltung der dem Sicherheitsnachweis zugrunde gelegten Randbedingungenfür alle Behälter der späteren Serienfertigung zu gewährleisten (vgl. hierzu Abschnitt 6).
Mit jedem Sicherheitsnachweis ist zu zeigen, dass es unter den ungünstigsten Beanspruchungsbedingungen an keiner Stelle des Behälters zu einer Gefährdung der Komponenten der dichten Umschließung und der1 Abschirmung durch plastische Deformationen (d. h., insbesondere nichtzu einer unzulässigen Erhöhung der Leckageräten der Deckeldichtsysteme) oder zu einer Gefährdung der Integrität durch Bruch kommen kann. Voraussetzung für derartige Nachweise ist einedetaillierte Beanspruchungsanalyse aller Komponenten des Behälters,die sowohl experimentell mittels instrumentierter Behälterversuche alsauch mittels analytischer bzw. numerischer Berechnungsverfahren (z.B. Methodeder finiten Elemente) oder in geeigneter Kombination dieser Verfahren erbrachtwerden kann. Letzteres ist insbesondere zur Verifizierung benutzter Berechnungsmodelle von Bedeutung.
Der experimentelle Sicherheitsnachweis durch Fallversuche mit Prototypbehältern liefert unter direkter Anwendung der zu erfüllenden Kriterien eine unmittelbare Aussage zur Bauteilsicherheit bei der tiefsten Einsatztemperatur und ist werkstoffmechanisch als direkter Vergleich von Beanspruchungs- und Eigenschaftskennwerten zu verstehen. Zur bruchmechanischen Nachweisführung (vgl. Abschnitt 4.4) sind die maßgebenden Werkstofffehler in den Prototypbehälter zusätzlich einzuarbeiten.Die Konservativität der gewählten Versuchsparameter, hier insbesondere hinsichtlich der abdeckenden rissartigen Fehler, ist nachzuweisen.
Grundsätzlich können auch mit maßstäblich verkleinerten Behältermodellen oder Bauteilversuchen realistische Aussagen überdie Beanspruchungen unter IAEAPrüfbedingungen gewonnen werden. Formal werden mit den Empfehlungen im IAEA Safety Guide [30] zu den IAEA Regulations[3] auch die notwendigen Grundlagen für die Ermittlung der Beanspruchungenaus Modellversuchen bereit gestellt. In der Realität zeigt sich aber,dass oft weitergehende Betrachtungen erforderlich sind, u. a.; weil einerealitätsnahe Modellierung aller Einflussgrößen (Abmessungen, Werkstoffe, Inhalt, Aufprallfundament) nicht immer möglich ist odernicht in jedem Fall nur formalen (maßstabsproportionalen) Kriterienunterliegt (wie z.B. die Abmessungen eines Stoßdämpfers aufgrund der nichtlinearen Verformungseigenschaften oder einer Strukturlange des Materials, das Verhalten von Dichtsystemen mit Metalldichtungen usw.).
Sinngemäß, aber in verstärktem Maße, treffen diese Feststellungen auch bei der Übertragung von Versuchsergebnissen aufbauartähnliche Behälter zu. Neben den dabei ebenfalls notwendigen Umrechnungen von Messwerten unter Berücksichtigung von unterschiedlichen Abmessungen der beiden Bauarten müssen ggf. Unterschiede bewertet werden,die einen erheblichen Einfluss auf die Beanspruchungen bei bestimmten Fallpositionen haben. Dazu gehören beispielsweise bei horizontalen Fallpositionen neben der Stoßdämpfergeometrie und dem Fundamentaufbaudie Auslegung der Tragzapfen (Anordnung, Form, Werkstoff) und ihr Zusammenwirkenmit dem Stoßdämpfer, aber auch auf den ersten Blick unwesentlicherscheinende Unterschiede in der Geometrie (Radien von Hohlkehlen usw.). In jedem Fall ist bei der Bewertung der Ähnlichkeit von Bauarten unter Zuhilfenahme von Ähnlichkeitskriterien auch der Einfluss von Detailunterschieden sorgfältig zu berücksichtigen. Eine Anwendungder im Safety Guide [30] festgelegten Ähnlichkeitsbeziehungen ist nur unter diesen Bedingungen zulässig.
Aufgrund der Komplexität realer Behälterkonstruktionen und derzu berücksichtigenden dynamischen Belastungssituationen eignen sichzur rechnerischen Beanspruchungsanalyse in erster Linie numerische Verfahrenz.B. mit Lösungsansätzen auf der Grundlage der Methode der finiten Elemente (FEM). Allerdings müssen folgende grundlegende Anforderungen beim Einsatz derartiger Berechnungsverfahren beachtet werden [91]:
Auf der Basis einer den o. g. Anforderungen genügenden rechnerischen Beanspruchungsanalyse können die geforderten Sicherheitsnachweise gegenplastische Verformungen (bei bekanntem Spannungs-Dehnungsverhalten) und gegen Bruch (in Verbindung mit Risseinleitungskennwerten an geeigneten Riss- bzw.Fehler-Bauteil-Konfigurationen) unter den jeweiligen ungünstigsten Beanspruchungsbedingungen geführt werden (vgl. Abschnitt4.3 und insbesondere4.4). Eine quasistatische Betrachtungsweise ist zulässig, falls im Behälter ein quasistatischer Beanspruchungszustand nachgewiesen werden kann (Nachweis stationärer Spannungs- und Verschiebungsfelder). Wesentlich hierbei ist wiederum die in allen Einzelheiten gegebene Nachvollziehbarkeit der getroffenen Annahmen und die ausreichende Interpretation der Ergebnisse.
6 Qualitätssichernde Maßnahmen bei der Herstellung
Die Gewährleistung der sicherheitstechnisch notwendigen Werkstoffqualität bei der Herstellung im Rahmen der Serienfertigungvon Transport- und Lagerbehältern aus Gusseisen mit Kugelgraphit dientdem Ausschluss des Versagens dieser Bauteile unter Betriebs- und Unfallbeanspruchungen. Dazu ist die Festlegung umfassenderqualitätssichernder Maßnahmen erforderlich, welche im Rahmen dieser Leitlinie vorrangig die Werkstoffherstellung und die Werkstoffprüfung beinhalten.
Im Verlauf der Bauartprüfung eines Transport- und Lagerbehältersaus Gusseisen mit Kugelgraphit unter Anwendung dieser Leitlinie sind diesicherheitstechnisch maßgeblichen Werkstoffeigenschaften (z.B.Streckgrenze, Zugfestigkeit, Bruchdehnung, Bruchzähigkeitskennwerte,Gefügeeigenschaften) zu definieren und hierfür die notwendigen Mindestanforderungen (in Werkstoffspezifikationen, s. u.) festzulegen. Dieselassen sich im Falle eines analytisch-rechnerischen Sicherheitsnachweisesi.d. R. explizit angeben, wohingegen bei experimentellen Sicherheitsnachweisenmittels eines Prüfmusters i. d. R. die Qualität dieses Prüfmusters die notwendigen Mindesteigenschaften repräsentiert.Hierzu sind alle sicherheitstechnisch kennzeichnenden Gütewerte am Prüfmuster zu ermitteln. Die im Vergleich zu den in den Werkstoffspezifikationen für die spätere Serie unterschiedlichen Werkstoffeigenschaften des Prüfmusters sind bei der Interpretation der Versuchsergebnisse zu beachten und im Sicherheitsbericht zu bewerten.
Alle sicherheitstechnisch notwendigen Eigenschaften einer Behälterbauartmüssen im Rahmen der Behälterserienfertigung nachweislich eingehaltenwerden und werden in den die Behälterbauart beschreibenden Unterlagen(z.B. Stücklisten) verbindlich festgelegt. Die sicherheitstechnischnotwendigen Eigenschaften der Bauteilwerkstoffe werden in entsprechenden Unterlagen, wie z.B. Werkstoffspezifikationen, detailliert festgelegt. DieseUnterlagen beinhalten u. a. die zu erreichenden Gütewerte wie z.B.Streckgrenze, Zugfestigkeit, Bruchdehnung, Bruchzähigkeitskennwerte,Gefügeeigenschaften, Elastizitätsmodul, Wärmeleitfähigkeit,ggf. in Abhängigkeit von der Beanspruchungsgeschwindigkeit und der Temperatur, um nur einige Beispiele zu nennen. Im Umfang dieser Unterlagenkönnen aber je nach deren Strukturierung auch Vorgaben für die zerstörungsfreie Werkstoffprüfung enthalten sein.
6.1 Werkstoffherstellung
Bei der Herstellung der Serienmuster einer Behälterbauart mussgewährleistet sein, dass alle im Rahmen der Bauartprüfung mit der Stückliste festgelegten sicherheitstechnisch notwendigen Werkstoffeigenschaften auch unter Berücksichtigung der immer vorhandenen Fertigungsschwankungen eingehalten werden.
6.1.1 Anforderungen an den Hersteller
Der Hersteller einer Komponente aus Gusseisen mit Kugelgraphit hat aus o.g. Gründen ein Qualitätsmanagementsystem (QMS) nach dem Stand der Technik nachzuweisen, was sicherstellt, dass alle Abläufe im Rahmender Herstellung der Komponenten nach verbindlichen Vorgaben erfolgen. Inden zum QMS gehörigen Unterlagen sind alle Einflussparameter derarteinzugrenzen, dass die in den Werkstoffunterlagen festgelegten Eigenschaftengewährleistet werden. Zusätzlich ist die Qualifikation des Personals sowie 1der zur Herstellung verwendeten Einrichtungen eine Voraussetzung, umden Nachweis der Fertigungssicherheit mit reproduzierbaren Ergebnissen jederzeitführen zu können. Weiterhin ist vor erstmaliger Verwendung des Werkstoffes für einen Behälter der Nachweis zu führen, dassdas Gussstück aus Gusseisen mit Kugelgraphit die aus dieser Leitlinieabgeleiteten und in Werkstoffunterlagen (z.B. Werkstoffspezifikationen) festgelegten Eigenschaften mit der notwendigen Sicherheit erfüllt. Dabeiist auch nachzuweisen, dass die Orte für die Entnahme von Werkstoffprobenbei der Serienfertigung so gewählt sind, dass die Werkstoffprüfung dieser Bereiche die ungünstigsten Gütewerte erwarten lässt.
Die Erfüllung dieser Voraussetzungen ist vor Aufnahme der Fertigung der BAM nachzuweisen.
6.1.2 Fertigung
Damit die Erzeugung der Werkstoffe unter reproduzierbaren Bedingungenabläuft, werden die der Fertigung zugrunde gelegten Maßnahmenvom Hersteller in Fertigungs- und Prüffolgeplänen (FPP) niedergelegt und der BAM zur Vorprüfung und Bestätigung vorgelegt. In diesen Plänen sind alle qualitätsbeeinflussenden Fertigungsschritte sowie die1 Prüfschritte zum Nachweis der erzielten Güte mit den dazu zuverwendenden Unterlagen niedergelegt. Ebenso sind die Prüfbeteiligung und die Art der Dokumentation des Prüfergebnisses dieser Unterlage zuentnehmen. Die Güte des Werkstoffes ist mit einem Zeugnis, wie in den Werkstoffunterlagen festgelegt, zu bestätigen.
6.1.3 Weiterentwicklungen
Bei Weiterentwicklungen oder wesentlichen Änderungen im QMS des Herstellers,des Fertigungsverfahrens oder der Werkstoffunterlagen veranlasst der Hersteller vor erster Anwendung die Ergänzungsbegutachtung durch die BAM.
6.2 Zerstörungsfreie Werkstoffprüfung
Gemäß den Festlegungen in den Qualitätssicherungsprogrammenist jedes Gussstück einer zerstörungsfreien Werkstoffprüfung, bestehend aus
oder anderen Verfahren, deren Eignung vor ihrem Einsatz der BAM nachzuweisenist, zu unterziehen. Neben den allgemeinen qualitätssichernden Aspekten, die üblicherweise in die Vorgaben für die zerstörungsfreie Werkstoffprüfung einfließen, sind bei Spannungen oberhalb der Grenze des Basisgutachtens [2] auch die Belange der Bruchmechanik in Suche und Bewertung der Werkstofffehler mit einzubeziehen.
Eine erste visuelle Kontrolle sollte bereits am Rohguss erfolgen, im Interesseeiner eindeutigen Aussage sollte die visuelle Prüfung aber vorzugsweise an mechanisch bearbeiteten Flächen durchgeführt werden.
Stellen der Lasteinleitung sowie Dichtflächen sind einer Oberflächenrissprüfung zu unterziehen. Die Oberflächen und die1 oberflächennahen Bereiche mit einer spannungsmäßigenAuslastung oberhalb der Grenze des Basisgutachtens [2] sollten einer Prüfung mit dem Magnetpulver-Verfahren oder einem Verfahren mit einer vergleichbaren Aussagefähigkeit unterzogen werden.
Für die volumetrische Prüfung der verschiedenen Bereiche der Komponenten aus Gusseisen mit Kugelgraphit ist die Ultraschallprüfungeinzusetzen. Dabei ist jedes Volumenelement, auch der oberflächennahe Bereich, unter drei verschiedenen Einschallrichtungen zu untersuchen. Bereiche,deren spannungsmäßige Auslastung oberhalb der Grenze des Basisgutachtens [2] liegt, werden, abhängig von den Ergebnissen des bruchmechanischen Sicherheitsnachweises, gegebenenfalls mit einer abgesenkten Registrier- und Zulässigkeitsschwelle für Ungänzen geprüft.
Für alle Verfahren der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung sind Prüfanweisungen zu erstellen und entsprechend der Weiterentwicklungdes Standes der Technik fortzuschreiben. Vor ihrer ersten Anwendung und nach Änderungen bedürfen sie der Zustimmung der BAM.
6.3 Dokumentation
Alle Unterlagen, die im Zuge der Qualifikation des Herstellers sowie der laufenden Fertigung des Werkstoffes erstellt wurden, müssen während der Lebensdauer der Behälter aufbewahrt werden, um den Nachweis der Erfüllung der festgelegten Anforderungen jederzeit führen zu können.
Die Aufzeichnungen müssen leserlich sein und unter Bedingungen aufbewahrt werden, die eine Beeinträchtigung, Beschädigung oder ihren Verlust vermeiden. Sie sind so aufzubauen und in Ordnung zu halten, dass gesuchte Unterlagen leicht wiedergefunden werden können.
7 Zusammenfassung
Die Verwendung von Gusseisen mit Kugelgraphit für Transport- und Lagerbehälter für radioaktive Stoffe erfordert die Gewährleistungspezifischer Qualitätsmerkmale des Werkstoffes unter Einbeziehung der Fertigungsparameter.
Auslegungsbestimmend für derartige Behälter sind in erster Liniedie definierten Unfallbeanspruchungen. Damit ist die Anwendungherkömmlicher Auslegungsrichtlinien für konventionelle Konstruktionen,die üblichen betrieblichen Beanspruchungen unterliegen, nicht angemessen.Die maßgebenden sicherheitstechnischen Anforderungen an die Eigenschaftendes Behälterwerkstoffes leiten sich aus den Forderungen nachGewährleistung des dichten Einschlusses des radioaktiven Inventars und der1 hinreichenden Abschirmung derartiger Behälter unter Betriebs- und Unfallbeanspruchungen ab. Diese Schutzziele sind aufgrund der mechanischen Beanspruchungen potentiell durch plastische Deformationen und Versagen durch spröden oder duktilen Bruch gefährdet.
Diese Leitlinie bildet die Grundlage für die Bewertung der Festigkeitvon Transport- und Lagerbehältern für radioaktive Stoffe mit Bauteilender dichten Umschließung und der Abschirmung aus Gusseisen mit Kugelgraphit. Ausgehend vom Basisgutachten [2] der BAM aus dem Jahre 1985und unter Berücksichtigung der Fortentwicklung der technischen und wissenschaftlichen Methoden der Beanspruchungsanalysen, der bruchmechanischen Festigkeitsanalysen sowie der Fertigungs- und Prüftechnik werden Anforderungen an die sicherheitstechnische Nachweisführung und an die Festlegung dies bezüglich relevanter Werkstoffeigenschaften beschrieben,deren Einhaltung bei der Herstellung der Serienbehälter zugewährleisten ist. Die Umsetzung dieser Vorgehensweise für die Behälterserienfertigung erfolgt auf der Grundlage eines geeigneten Qualitätsmanagementsystems des jeweiligen Herstellers, dessen Qualifikationzur Herstellung derartiger Gussstücke mit den geforderten Qualitätsmerkmalen immer nachgewiesen sein muss.
[1] DIN EN 1563: Gießereiwesen - Gußeisen mit Kugelgraphit, Berlin, August 1997
[2] Wieser, K. E., Droste, B., Helms, R., Ziebs, J. und Hemptenmacher, J.:Gußeisen mit Kugelgraphit als Werkstoff für Transport- und Lagerbehälter bestrahlter Brennelemente, Amts- und Mitteilungsblatt BAM 15 (1985) Nr. 1, S. 4-18
[3] International Atomic Energy Agency (IAEA): Regulations for the Safe Transportof Radioactive Material, 1996 Edition (Revised), Regulations No. TS-R-1 (ST-1, Revised), IAEA, Vienna, 2000
[4] Gesetz über die friedliche Verwendung der Kernenergie und den Schutzgegen ihre Gefahren (Atomgesetz - AtG) vom 23. Dezember 1959 (BGBl. I S.814), Neufassung vom 15. Juli 1985 (BGBl. I S. 1565), zuletzt geändert durch Gesetz vom 22. April 2002 (BGBl. I S. 1351);
[5] Verordnung für die Umsetzung von EURATOM-Richtlinien zum Strahlenschutzvom 20. Juli 2001 (BGBl. I S. 1714) - Artikel 1: Verordnung über den Schutz vor Schäden durch ionisierende Strahlen (Strahlenschutzverordnung -StrlSchV);
[6] Deutsche Gesellschaft für Wiederaufbereitung von KernbrennstoffenmbH (DWK) und Brennelementlager Gorleben GmbH (BLG): Beschreibung des Brennelementlagers und des Zwischenlagers für schwachaktive Abfälle in Gorleben, Juli 1982
[7] Malmström, H., Schröder, G., Klöpper, H. and Lührmann,A.: 1500 t - U Spent Fuel Element Storage Plant Ahaus, Proceedings of PATRAM 80, Vol. II, Berlin, November 1980, pp. 955-960
[8] Beschluß der Regierungschefs von Bund und Ländern zur Entsorgungder Kernkraftwerke vom 28. September 1979, BAnz. Nr. 58 vom 22. März 1980
[9] Droste, B., Hübner, H. W. and Probst, U.: Qualification and Certification Critena of Casks for the Intermediate Dry Storage of SpentFuel in the Federal Republic of Germany, Proceedings of PATRAM 83, Vol. 1, New Orleans, May 1983, pp. 224-230
[10] Richtlinien für das Verfahren der Bauartzulassung von Versandstücken zur Beförderung radioaktiver Stoffe - R003 -, Verkehrsblatt (Amtlicher Teil), Heft 4(1991), S. 231
[11] Hemptenmacher, J.: Mechanische Eigenschaften und Qualitätssicherungbei der Herstellung von Gußeisen mit Kugelgraphit für schwere Transport- und Lagerbehälter, Amts- und Mitteilungsblatt BAM 14 (1984) Nr. 3, S. 224-230
[12] Frenz, H.: GNS Cask Overload Tests, Summary of the International Ductile Iron Progress Meeting, Appendix N, U. S. Department of Energy, Arlington, Virginia, USA, Nov. 20-21, 1991
[13] Schulz-Forberg, B.: Das Zulassungsverfahren für Transportbehälterfür radioaktive Stoffe, DVM-Seminar "Behälter aus Sphärogußfür radioaktive Stoffe", Berlin, Juni 1987, S. 47-53 BAM - GGR 007 -Leitlinie zur Verwendung von Gusseisen mit Kugelgraphit für Transport- und Lagerbehälter für radioaktive Stoffe, Rev. 0
[14] Wieser, K. E. und Droste, B.: Die Prüfung und Begutachtung von Behältern aus Sphäroguß, DVM-Seminar "Behälter ausSphäroguß für radioaktive Stoffe", Berlin, Juni 1987, S. 55-66
[15] Helms, R. und Ziebs, J.: Ergebnisse der Werkstoffprüfung an Behältern aus GGG 40 in den Jahren 1981 - 1987, DVM-Seminar "Behälteraus Sphäroguß für radioaktive Stoffe", Berlin, Juni 1987, S. 67-86
[16] Wüstenberg, H., Schulz, E. und Erhard, A.: Die zerstörungsfreie Prüfung von Kugelgraphitguß-Transportbehältern, DVM-Seminar"Behälter aus Sphäroguß für radioaktive Stoffe", Berlin, Juni 1987, S. 87-1 05
[17] Droste, B. und Rödel, R.: Qualitätssichernde Maßnahmen für Brennelement-Transport- und Lagerbehälter, DVM-Seminar"Behälter aus Sphäroguß für radioaktive Stoffe", Berlin, Juni 1987, S. 107-1 20
[18] Aurich, D., Helms, R. und Wieser, K. E.: Das sicherheitstechnische Konzeptder BAM für Sphäroguß-Behälter, DVM-Seminar "Behälteraus Sphäroguß für radioaktive Stoffe", Berlin, Juni 1987, S. 121-1 37
[19] Zeisler, P., Droste, B. and Rödel, R.: Current Approval Statusand Test Procedures for Large Type B Packages in Germany, RAMTRANS 8 (1997) No. 1, pp. 53-62
[20] Wieser, K. E., Aurich, D. and Wüstenberg, H.: The Status of Ductile Cast Iron Shipping and Storage Containers in the Federal Republic of Germany, Proceedings of PATRAM 89, Vol. II, Washington D. C., June 1989, pp. 701-711
[21] Schulz-Forberg, B. und Wieser, B.: Sicherheit von Gefahrguttransporten/ Transportbehälterlager (Teil 1), Technische Überwachung (TÜ), Bd. 28 (1987) Nr. 2, S. 82-85
[22] Günther, B., Kühn, H.-D. und Schulz, E.: Sicherheit von Gefahrguttransporten/ Transportbehälterlager (Teil 2), Technische Überwachung (TU), Bd. 28 (1987) Nr. 3, S. 126-1 30
[23] Droste, B. und Kowalewsky, H.: Sicherheit bei der Gefahrgutlagerung1 Transportbehälterlager (Teil 3), Technische Überwachung (TÜ), Bd. 28 (1987) Nr. 4, S. 167-1 72
[24] Schulz-Forberg, B. und Kraus, W.: Transport- und Lagerbehälterfür radioaktive Stoffe - Übereinstimmung mit den Sicherheitsanforderungen, Schadenprisma 1/1990, S. 13-20
[25] Völzke, H., Rödel, R., Zeisler, P. and Droste, B.: Considerationsof the Competent Authority Concerning the Assessment of a Brittle Fracture Safe Ductile Cast Iron (DCI) Cask Design, RAMTRANS 6 (1995) Nos. 2-3, pp. 121-1 26
[26] Deutscher Verband für Materialprüfung e.V. (DVM): Behälteraus Sphäroguß für radioaktive Stoffe, Seminar der BAM, Berlin, Juni 1987
[27] Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM): Seminaron Design Rules and Acceptance Criteria for Ductile Cast Iron Containers, Berlin, Oktober 1990
[28] Droste, B. and Sorenson, K. (Hrsg.): Brittle Fracture Safety Assessment,Proceedings of the Second Technical Seminar on Brittle Fracture Safety Assessmentof Ductile Cast Iron Containers for Shipping and Storage of Radioactive Materialsheld at Krefeld, Germany, October 27-28, 1994. International Journal of Radioactive Materials Transport (RAMTRANS), Vol. 6, Nos. 2-3 (1995)
[29] U.S. Department of Energy: Summary of the International Ductile Iron Progress Meeting, Arlington, Virginia, USA, Nov. 20-21, 1991
[30] International Atomic Energy Agency (IAEA): Advisory Material for theIAEA Regulations for the Safe Transport of Radioactive Material, Draft Safe Transport IAEA Safety Guide TS-G-1.1 (ST-2), IAEA, Vienna, February 2002
[31] Rehmer, B., Kühn, H., Weidlich, 5. and Frenz, H.: BAM Production Control Programme for Containers for Transport and Storage of Nuclear Materials, RAMTRANS 6 (1995) Nos. 2-3, pp. 205-209
[32] Saegusa, T.: Research an Ductile Cast Iron in Japan, DVM-Seminar"Behälter aus Sphäroguß für radioaktive Stoffe", Berlin, Juni 1987, S. 267-284
[33] Central Research Institute of Electric Power Industry (CRIEPI): Researchan Quality Assurance of Ductile Cast Iron Casks, CRIEPI-Report EL 87001, April 1988
[34] Urabe, N. and Harada, Y.: Fracture Toughness of Heavy Section Ductile Iron Castings and Safety Assessment of Cast Casks, Proceedings of PATRAM 89, Vol. II, Washington D. C., June 1989, pp. 743-752
[35] Kusakawa, T., Kishi, T., Ohtsubo, H., Shiomi, 5., Takaku, H., lto, C.and Saegusa, T.: Full-Scale Tests and Evaluation for Quality Assurance of Ductile Cast Iron Casks, Proceedings of PATRAM 89, Vol. II, Washington D. C., June 1989, pp. 712-719
[36] Central Research Institute of Electric Power Industry (CRIEPI): Integrityof Cast-Iron Cask Against Free Drop Test; Part II: Investigation of Brittle Failure by Drop Test, CRIEPI-Report EU 88005, June 1989; Part III: Verification of Brittle Failure Design Criterion, CRIEPI-Report EU 90003, June 1990
[37] Kosaki, A., lto, C., Arai, T. and Saegusa, T.: Brittle Fracture Testsat Low Temperature for Transport Cask Materials, Proceedings of PATRAM 92, Vol. III, Yokohama, September 1992, pp. 1105-1112
[38] Urabe, N. and Furuta, K.: Is Ductile Cast Iran Ductile at -40 °C?, Praceedings of PATRAM 92, Vol. III, Yokohama, September 1992, pp. 1189-1196
[39] Shirai, R., lto, C., Aria, T. and Saegusa, T.: Integrity of Cast-IronCask Against Free Drop Test - Verification of Brittle Failure Design Criterion, RAMTRANS 4 (1993) No. 1, pp. 5-13
[40] Arai, T., Saegusa, T., Yagawa, G., Urabe, N. and Nickell, R. E.:Determination of Lower-Baund Fracture Toughness for Heavy-Section Ductile Cast Iron (DCI) and Estimation by Small Specimen Tests, ASTM STP 1207 (24thNational Symposium on Fracture Mechanics), American Society for Testing and Materials, Philadelphia, 1994, pp. 355-368
[41] Schwartz, M. W. and Boyce, L.: Ductile and Brittle Failure Design Criteriafor Nodular Cast Iron Spent-fuel Shipping Containers, Lawrence Livermore National Laboratory, Report UcrI-53046, 1983
[42] Electric Power Research Institute (EPRI): Draft Specification for Ferritic Ductile Iran Castings for Nuclear Materials Transport Containers Suitable for Low Temperature Service, Washington, June 1986 d
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