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Michael Wagner
Experimental Thermal Fluid Dynamics
michael.wagnerAthzdr.de
Phone: +49 351 260 - 2334

Prof. Dr. Uwe Hampel
Head
u.hampel@hzdr.de
Phone: +49 351 260 - 2772
Fax: 12772, 2383

Zustandsüberwachung von Transport- und Lagerbehältern für abgebrannte Brennelemente

Teilprojekt: Thermographische und radiographische Messverfahren

Hintergrund

Aufgrund der noch andauernden Suche nach einem Standort für die Endlagerung hochradioaktiver Abfälle in Deutschland müssen abgebrannte Brennelemente für längere Zeiträume an den Standorten der Kernkraftwerke zwischengelagert werden. Dabei ist derzeit nicht ausreichend bekannt, ob es im Zeitraum von mehreren Jahrzehnten zu einem Verlust der Integrität der Brennelemente, etwa durch Druckaufbau bei Entstehung von gasförmigen Nachzerfallsprodukten, kommen kann. Eine extrapolative Modellierung des radiochemischen und thermomechanischen Materialverhaltens ist sehr schwierig. Aus diesem Grund besteht ein Interesse an Methoden zur nichtinvasiven Feststellung des Zustands von Brennelementen in den Transport- und Lagerbehältern.

Zielstellung

Das Gesamtziel des Vorhabens besteht in einer Bewertung verschiedener physikalischer Messprinzipien, Verfahren und Methoden zur nichtinvasiven Überwachung des Zustandes des Inventars von Transport- und Lagerbehältern bei verlängerter Zwischenlagerung. Damit sollen Möglichkeiten eruiert werden, Veränderungen der Brennelemente bzw. der aufnehmenden Behälterstrukturen über sehr lange Zeiträume von mehreren Jahrzehnten erkennen zu können, ohne die Behälter zu öffnen. Mit einem geeigneten Verfahren oder einer Verfahrenskombination könnte damit ein wichtiger Beitrag zur Langzeitsicherheit zwischengelagerter hochradioaktiver Abfälle geleistet werden, da mit einem solchen Verfahren Aussagen über die Transport- und Konditionierungsfähigkeit der Abfälle vor Verbringung im Endlager möglich wären.

Methoden und Ergebnisse

Untersucht wird zunächst, ob die von den Brennelementen ausgehende Strahlung (Gammastrahlung, Neutronen) sowie Wärme genutzt werden kann, um langzeitliche Veränderungen des Behälterinventars von außen festzustellen. Im Bereich der Nutzung von Strahlung werden Strahlenfelder außerhalb eines Behälters mit Hilfe der Monte-Carlo-Simulation für vorgegebene Szenarien berechnet und analysiert. Im Bereich der Wärmestrahlungsmessung erfolgt dies mit Hilfe von gekoppelten FEM-CFD-Berechnungen. In beiden Fällen werden realistische Behältergeometrien, Beladungen und Standzeiten zugrunde gelegt. Fernerhin wird im Rahmen des Vorhabens untersucht, ob mittels Detektion hochenergetischer kosmischer Myonen eine bildgebende Analyse von Veränderungen des Kernbrennstoffinventars möglich ist. Auch hierfür werden derzeit Monte-Carlo-Simulationen eingesetzt. Schlussendlich sollen Methoden der aktiven und passiven akustischen Spektroskopie hinsichtlich ihrer Eignung für das Langzeitmonitoring untersucht werden. Dabei werden sowohl die Nachweismöglichkeit behälterinterner Berstvorgänge als auch Schwingungsanalysen in Betracht gezogen. Auf Basis dieser Untersuchungen sollen mit dem Verbundpartner Zustandsdiagnosemethoden für multimodale Datensätze der unterschiedlichen Messmethoden entwickelt werden sowie ein Verfahrenskonzept zur Behälterüberwachung.





Danksagung

Dieses Projekt wird durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie, Förderkennzeichen 1501518A, gefördert.

Partner

Hochschule Zittau/Görlitz, Institut für Prozeßtechnik, Prozeßautomatisierung und Meßtechnik(ipm.hszg.de/institut.html)


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