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Fracture mechanics based embrittlement modelling

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Forschen zur Verbesserung der Sicherheit

Aufgrund der Notwendigkeit einer hundertprozentigen Zuverlässigkeit aller Systeme, die in einem Kernkraftwerk eingesetzt werden, ist die Identifizierung potenzieller Fehlerquellen einzelner Systemkomponenten eine Aufgabe von höchster Wichtigkeit.

Industrielle Technologien

Die Materialeigenschaften von nicht ersetzbaren Komponenten eines Kernkraftwerks, wie beispielsweise die des Druckkessels, können sich während der Gesamtbetriebsdauer des Kernkraftwerks beträchtlich ändern. Beim Phänomen der Versprödung wird beispielsweise die Zähigkeit des Materials durch die Radioaktivität oder durch eine fälschlicherweise durchgeführte Reduzierung der Temperaturen herabgesetzt. Informationen über eine veränderte Bruchzähigkeit oder über Materialfehler müssen daher von Zeit zu Zeit bei der Überprüfung des Reaktordruckbehälters berücksichtigt werden. Während des Fünften Rahmenprogramms wurde das FRAME-Projekt durch das AMES-Netzwerk unterstützt, um die Strahlungsversprödung zu erforschen. Bisher wurde die Versprödung anhand von Kerbschlagversuchen mit Charpy-V-Proben durchgeführt. Da die Kerbschlagzähigkeit, die anhand von Charpy-V-Proben ermittelt werden kann, in vielerlei Hinsicht eine von der Bruchzähigkeit unterschiedliche Materialeigenschaft ist, waren die Kenntnisse der Wissenschaftler über die Versprödung bisher eher ungenau. Das FRAME-Projekt war hauptsächlich experimenteller Natur. Die Übergangstemperatur der Bruchzähigkeit wurde im Verlauf des Projekts mit und ohne Strahlungsbelastung für verschiedene Materialien, darunter auch Stahl, ermittelt. Zudem wurden durch mathematische Fittings einer Reihe von gemessenen Daten zur Bruchzähigkeit Trendkurven abgeleitet. Diese Trendkurven lieferten eine Beschreibung des Versprödungsverhaltens anhand der Materialchemie und des Neutronenflusses. Das so ermittelte Verhalten konnte dann mit weiteren anderen veröffentlichten Modellen, die auf Versuchen mit Charpy-V-Proben basieren, verglichen werden. Diese auf der Bruchzähigkeit basierenden Trendkurven waren vor Durchführung des FRAME-Projekts aufgrund nicht ausreichender experimenteller Daten nicht verfügbar. Wäre es möglich, Abweichungen der Materialchemie innerhalb der verfügbaren Daten zu minimieren, könnte sogar die Erstellung von noch allgemeineren Trendkurven möglich sein.

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