Neue Versuchsdaten und ein Verfahren zur Ermüdungsbewertung für Kernkraftwerke
Die Sicherheit in Kernkraftwerken beruht auf der zuverlässigen Handhabung der Komponenten im Betrieb sowie dem innovativen Design neuer Komponenten. Deshalb werden Verfahren der umweltbedingten Ermüdung eingesetzt, um die Sicherheit von Kernkraftwerken im Langzeitbetrieb aufzuzeigen. Die Umgebung eines Leichtwasserreaktors reagiert nicht sonderlich aggressiv auf die verwendeten Edelstahlgefäße und -rohre. Dennoch muss nachgewiesen werden, dass sie resistent gegen Ausfälle durch umweltbedingte Ermüdung sind. Lücken in den vorhandenen Daten bedeuten, dass es etwas Unsicherheit bei derzeitigen Verfahren umweltbedingter Ermüdung gibt. Das EU-finanzierte Projekt INCEFA-PLUS zielt auf diese Wissenslücken ab und ermöglichte es Verfahren zur umweltbedingten Ermüdung, Verhalten unter Bedingungen zu untersuchen, die näher am normalen Kernkraftwerkbetrieb sind als derzeit möglich. Konsortiumsmitglieder boten aktuellere Versuchsdaten und Richtlinien für die Bewertung von umweltbedingten Ermüdungsschäden für einen sicheren Langzeitbetrieb und die Entwicklung neuer, sicherer und effizienter europäischer Kernkraftwerke. „Diese Fortschritte in der Ermüdungsbewertung werden die Zuverlässigkeit von Belastungsprognosen verbessern“, merkt Projektkoordinator Kevin Mottershead an.
Ein standardisierter Ansatz
Aktuelle Leitfäden zur Bestimmung umweltbedingter Ermüdung auf der ganzen Welt sind im NUREG/CR-6909-Bericht der US-amerikanischen Nuclear Regulatory Commission zu finden. In Europa streben verschiedene nationale Programme an, eigene Vorschläge zu entwickeln und mehr Betriebseffizienz mit zumindest gleichwertiger Sicherheitsgarantie zu ermöglichen. INCEFA-PLUS brachte diese Programme zusammen, um eine verbesserte Sicherheitsgarantie durch mehr Zuverlässigkeit der Lebensdauerbewertung zu erreichen. Unter INCEFA-PLUS haben 16 Einrichtungen aus ganz Europa die in Kernkraftwerken eingesetzten austenitischen Edelstahllegierungen getestet, um die Auswirkungen von mittlerer Dehnung, Haltezeit und Materialrauheit auf die Beständigkeit zu bestimmen. Die kristalline Struktur austenitischen Stahls, einer Legierung aus Eisen, Kohlenstoff, Chrom, Nickel und anderen minderen Legierungen, verhindert die Aushärtung des Stahls durch Hitze. Die Versuchsdaten für austenitischen Edelstahl wurden sowohl für Luft- als auch Leichtwasserreaktorumgebungen gesammelt und in einer Online-Ermüdungsdatenbank standardisiert. Ein standardisiertes Datenformat wurde entwickelt, um den Austausch der Ermüdungsdaten zu ermöglichen und sicherzustellen, dass sie konsistent und nach üblichen Qualitätsnormen gesammelt werden. Diese bilden die Grundlage einer extrem hochwertigen und zuverlässigen internationalen Ermüdungsdatenbank, in die alle unterstützenden historischen Daten des NUREG/CR-6909, hauptsächlich aus Japan und den Vereinigten Staaten, eingehen.
Internationale Zusammenarbeit
INCEFA-PLUS verbesserte auch die Vergleichbarkeit der Daten von den EU-Programmen, da die Partnerlabore Tests an gleichen Materialien unter gleichen Bedingungen durchführten. Die geringere Bewertungsunsicherheit wird eine einfachere Sicherheitswartung in Kernkraftwerken ermöglichen. Die Testprotokolle könnten auch die Grundlage eines zukünftigen ISO-Standards für die Ermüdungsbewertung in Wasserumgebungen bei hohen Temperaturen dienen. „Die erwarteten Fortschritte der Ermüdungsbewertung werden, für die von INCEFA-PLUS untersuchten Materialien, die mögliche Belastbarkeit über derzeitige Grenzen hinausbringen“, kommentiert Mottershead. „Das wird zu verbesserter Zuverlässigkeit der Belastungsvorhersagen führen.“ Auf das Projekt wird die Initiative INCEFA-SCALE folgen, welche beste Praktiken und die Ergebnisse von INCEFA-PLUS entwickeln wird, um ein mechanistisches Verständnis umweltbedingter Ermüdung darzulegen. Das könnte eingesetzt werden, um Laborergebnisse zuverlässiger auf Komponentengröße zu übertragen, was die Möglichkeiten der Kraftwerkbewertung weiter voranbringt. „Das bedeutende internationale Interesse wird zu enger Zusammenarbeit mit Initiativen sowohl im Fernen Osten als auch den Vereinigten Staaten führen“, so Mottershead abschließend.
Schlüsselbegriffe
INCEFA-PLUS, Sicherheit, Kernkraft, Ermüdungsbewertung, NUREG/CR 6909, austenitischer Stahl
