umwelt-online: KTA 3101.3 - Auslegung der Reaktorkerne von Druck- und Siedewasserreaktoren

1 Anwendungsbereich

2 Begriffe

3 Grundsätzliche Anforderungen an die thermomechanische Auslegung von Kernbauteilen

3.1 Allgemeines
Bild 3.1-1 Schematische Darstellung des Sicherheitskonzepts für die in dieser Regel behandelten Sicherheitsebenen
3.2 Sicherheitstechnische Anforderungen
3.2.1 Brennelemente (beim SWR einschließlich Brennelementkasten)
3.2.1.1 Sicherheitsebene 1 (Normalbetrieb) und Sicherheitsebene 2 (Anomaler Betrieb)
3.2.1.2 Sicherheitsebene 3 (Störfälle)
3.2.1.3 Sicherheitsebene 4a

3.2.2 Steuerelemente
3.2.2.1 Sicherheitsebene 1 (Normalbetrieb) und Sicherheitsebene 2 (anomaler Betrieb)
3.2.2.2 Sicherheitsebene 3 (Störfälle)
3.2.2.3 Sicherheitsebene 4a

3.2.3 Drosselkörper

4 Nachweiskriterien

4.1 Komponentenübergreifende Anforderungen
4.1.1 Auslegungsgrundsätze
4.1.2 Verwendung geeigneter Werkstoffe
4.1.3 Kompatibilität
4.1.4 Inspizierbarkeit
4.1.5 Vermeidung loser Teile

4.2 Brennelementstruktur, einschließlich Brennelementkasten beim SWR
4.2.1 Allgemeines
4.2.2 Nachweiskriterien für die Brennelementstruktur auf den Sicherheitsebenen 1 und 2
4.2.2.1 Begrenzung von Spannungen und Dehnungen
4.2.2.2 Geometrische Stabilität
4.2.2.3 Ermüdung
4.2.2.4 Begrenzung der Korrosion
4.2.2.5. Sicherstellung einer ausreichenden Duktilität
4.2.2.6 Sicherstellung der Lage des Brennstoffs
4.2.2.7 Brennstablagerung
4.2.2.8 DWR-spezifische Anforderungen

4.2.3 Nachweiskriterien für die Brennelementstruktur auf den Sicherheitsebenen 3 und 4a
4.2.3.1 Begrenzung von Verformungen
4.2.3.2 Begrenzung von Spannungen

4.2.4 Komponentenspezifische Anforderungen für Transport, Handhabung und Lagerung

4.3 Brennstab
4.3.1 Allgemeines
4.3.2 Nachweiskriterien für den Brennstab auf den Sicherheitsebenen 1 und 2
4.3.2.1 Begrenzung von Spannungen und Dehnungen im Hüllrohr
4.3.2.2 Sicherstellung einer ausreichenden Duktilität
4.3.2.3 Geometrische Stabilität
4.3.2.4 Ermüdung
4.3.2.5 Begrenzung von Beanspruchungen durch chemisch mechanische Wechselwirkung (PCI) und Spannungsrisskorrosion (SCC)
4.3.2.6 Begrenzung der Korrosion
4.3.2.7 Begrenzung des Innendrucks
4.3.2.8 Begrenzung der Brennstofftemperatur

4.3.3 Nachweiskriterien für den Brennstab auf der Sicherheitsebene 3
4.3.3.1 Begrenzung der Deformationen der Brennstabhüllrohre
4.3.3.2 Dichtheit des Brennstabs
4.3.3.3 Begrenzung der Brennstofftemperatur
4.3.3.4. Spezifische Anforderungen bei Kühlmittelverluststörfällen
4.3.3.5 Spezifische Anforderungen bei Reaktivitätsstörfällen

4.3.4 Nachweiskriterien für den Brennstab auf der Sicherheitsebene 4a

4.4 Steuerelemente
4.4.1 Allgemeines
4.4.2 Nachweiskriterien für die Steuerelemente auf den Sicherheitsebenen 1 und 2
4.4.2.1 Verwendung geeigneten Absorbermaterials
4.4.2.2. Begrenzung der Temperatur des Absorbermaterials
4.4.2.3 Begrenzung der Spannungen in der Absorberhülle
4.4.2.4 Ermüdung der Absorberhülle, der Steuerelement-Strukturteile und der Verbindungen
4.4.2.5 Geometrische Stabilität der Absorberhülle
4.4.2.6 Begrenzung der plastischen Dehnung der Absorberhülle
4.4.2.7 Begrenzung der Spannungen und Dehnungen in den Strukturteilen und Verbindungen
4.4.2.8 Sicherstellung einer ausreichenden Duktilität

4.4.3 Nachweiskriterien für die Steuerelemente auf den Sicherheitsebenen 3 und 4a
4.4.3.1 Begrenzung der Temperatur des Absorbermaterials
4.4.3.2 Begrenzung der Spannungen in der Absorberhülle, den Strukturteilen und Verbindungen

4.4.4 Komponentenspezifische Anforderungen für Transport, Handhabung und Lagerung

4.5 Drosselkörper

5 Weitere allgemeine Anforderungen

5.1 Anforderungen an die Nachweisführung bei der Auslegung
5.1.1 Allgemeines
5.1.2 Nachweismethodik
5.1.3 Nachweisumfang und Nachweistiefe
5.1.4 Unsicherheiten in der Nachweisführung
5.1.5 Validierung von Analyseverfahren
5.1.6 Verifikation
5.1.7 Dokumentation

5.2 Anforderungen an die Herstellung
5.3 Anforderungen an den Transport
5.4 Anforderungen an Einsatzplanung und Betrieb

Anhang A
Tabellarische Übersicht der sicherheitstechnischen Anforderungen

A 1 Brennelemente

Tabelle A 1-1: Sicherheitstechnische Anforderungen an Brennelemente, Sicherheitsebenen 1 und 2
Tabelle A 1-2: Sicherheitstechnische Anforderungen an Brennelemente, Sicherheitsebene 3
Tabelle A 1-3: Sicherheitstechnische Anforderungen an Brennelemente, Sicherheitsebene 4a

A 2 Steuerelemente

Tabelle A 2-1: Sicherheitstechnische Anforderungen an Steuerelemente, Sicherheitsebenen 1 und 2
Tabelle A 2-2: Sicherheitstechnische Anforderungen an Steuerelemente, Sicherheitsebene 3
Tabelle A 2-3: Sicherheitstechnische Anforderungen an Steuerelemente, Sicherheitsebene 4a

Anhang B
Anforderungen an analytische und experimentelle Festigkeitsnachweise

B 1 Allgemeine Festlegungen

B 2 Analytische Festigkeitsnachweise

B 2.1 Allgemeines
B 2.2 Spannungsanalyse
B 2.2.1 Elastische Analyse
B 2.2.1.1 Spannungskategorien
B 2.2.1.1.1 Allgemeines
B 2.2.1.1.2 Primäre Spannungen
B 2.2.1.1.3 Sekundäre Spannungen
B 2.2.1.1.4 Spannungsspitzen

B 2.2.1.2 Spannungsüberlagerung und Spannungsbeurteilung
B 2.2.1.2.1 Allgemeines
B 2.2.1.2.2 Vergleichsspannungen

B 2.2.2 Plastische Analyse
B 2.2.2.1 Spannungskategorien
B 2.2.2.2 Vergleichsspannungen

B 2.2.3 Grenztragfähigkeitsanalyse

B 2.3 Verformungsanalyse
B 2.4 Ermüdungsanalyse
B 2.4.1 Allgemeingültige Festlegungen
B 2.4.2 Vergleichsspannungsschwingbreiten
B 2.4.3 Ermittlung der zulässigen Lastspielzahl
Tabelle B 2-1: Materialparameter für Werkstoffe
B 2.4.4 Erschöpfungsgrad
B 2.4.5 Analyse von fortschreitender Deformation

B 2.5 Bewertung des Sprödbruchrisikos
B 2.6 Stabilitätsanalyse
B 2.6.1 Allgemeines
B 2.6.2 Beulen von druckbeaufschlagten zylindrischen Bauteilen
B 2.6.3 Knicken stabförmiger Strukturen

B 2.7 Nachweise für Verbindungselemente
B 2.7.1 Allgemeines
B 2.7.2 Schraubverbindungen
B 2.7.3 Schweißverbindungen

B 3 Auslegung mit experimentellen Methoden

B 4 Tabellen der Sicherheitsbeiwerte

B 4-1 Tabelle der Sicherheitsbeiwerte und der zulässigen Spannungen für die Sicherheitsebenen 1 und 2
Tabelle B 4-1: Sicherheitsbeiwerte und zulässige Spannungen für die Sicherheitsebenen 1 und 2
B 4-2 Tabelle der Sicherheitsbeiwerte und der zulässigen Spannungen für die Sicherheitsebene 3
Tabelle B 4-2: Sicherheitsbeiwerte und zulässige Spannungen für die Sicherheitsebene 3

B 5 Ermüdungskurven

B 5.1 Ermüdungskurven für ferritische Stähle
Bild B 5-1: Ermüdungskurven für ferritische Stähle
B 5.2 Ermüdungskurven für die austenitischen Stähle 1.4550 und 1.4541
Bild B 5-2 Ermüdungskurven für die austenitischen Stähle 1.4550 und 1.4541
B 5.3 Ermüdungskurven für austenitische Stähle außer den Stählen 1.4550 und 1.4541
Bild B 5-3: Ermüdungskurve für austenitische Stähle außer den Stählen 1.4550 und 1.4541
B 5.4 Ermüdungskurven für unbestrahltes Zirca oy-2, 3 und 4 für Temperaturen zwischen 20 °C und 315 °C
Bild B 5-4: Ermüdungskurven für unbestrahltes Zircaloy- 2, 3 und 4 für Temperaturen zwischen 20 °C und 315 °C
B 5.5 Ermüdungskurven für bestrahltes Zircaloy- 2, 3 und 4 für Temperaturen zwischen 20 °C und 315 °C
Bild B 5-5: Ermüdungskurven für bestrahltes Zircaloy- 2, 3 und 4 für Temperaturen zwischen 20 °C und 315 °C
B 5.6 Tabellenwerte und Berechnungsvorschrift für die Ermüdungskurven für unbestrahltes und bestrahltes Zirkaloy- 2, 3, und 4
Tabelle B-1: Wertetabelle für die zulässige halbe Vergleichsspannungsschwingbreite Sa für die Ermüdungskurven aus Bild B 5-4 (unbestrahltes Zircaloy-2, 3 und 4) und Bild B 5-5 (bestrahltes 1) Zircaloy-2, 3 und 4)

Anhang C
Bestimmungen, auf die in dieser Regel verwiesen wird

Literatur

Bekanntmachung von sicherheitstechnischen Regeln des Kerntechnischen Ausschusses