GRS-727 Untersuchungen zum sicheren Betrieb von Forschungsreaktoren - AP 2 Alterungsverhalten technischer Einrichtungen in Forschungsreaktoren

Dieser Bericht fasst die Ergebnisse der Arbeiten zum Alterungsverhalten technischer Einrichtungen in Forschungsreaktoren zusammen. Der Schwerpunkt der Untersuchungen lag hierbei auf passiven mechanischen Komponenten, baulichen Strukturen und Experimentiereinrichtungen oder deren Bauteilen von in Deutschland betriebenen Forschungsreaktoren. Dabei wurden insbesondere solche sicherheitsrelevanten Einrichtungen untersucht, die sich im Hinblick auf die verwendeten Werkstoffe, Konstruktion und Einsatzbedingungen signifikant von denen bei Leistungsreaktoren unterscheiden.

Ein wesentlicher Unterschied bei den konstruktiven Gegebenheiten in Forschungsreaktoren im Vergleich zu Leistungsreaktoren ist die Verwendung von Aluminium-Legierungen für experimentelle Einrichtungen sowie für passive mechanische Komponenten im kernnahen Bereich (z. B. Reflektorgehäuse im FRMZ, Moderatortank im FRM II, Abschnitte des Zentralkanals im FRM II). Ein weiterer wesentlicher Unterschied zwischen Forschungsreaktoren und Leistungsreaktoren sind einige Betriebsbedingungen, insbesondere Druck und Temperatur, deren Werte sehr viel niedriger sind als in Leistungsreaktoren. Dadurch ergeben sich deutlich geringere Beanspruchungen, wodurch das Auftreten einiger Alterungsmechanismen sehr unwahrscheinlich wird (u. a. mechanische oder thermische Ermüdung) oder sogar ausgeschlossen werden kann (z. B. Spannungsrisskorrosion).

Schäden durch Korrosion in Medium führenden Systemen oder an Experimentiereinrichtungen werden, ebenso wie in Leistungsreaktoren, durch strikte Vorgaben an die Wasserchemie und eine entsprechende Überwachung und den Einsatz von Reinigungssystemen zur Einhaltung der Werte vermieden.

Der wesentliche Alterungsmechanismus für passive mechanische Komponenten und Experimentiereinrichtungen in Forschungsreaktoren sind strahlungsbedingte Schädigungen an Aluminium-Legierungen. Irreversible Veränderungen der mechanischen Eigenschaften von Aluminium-Legierungen werden durch die Transmutation von Aluminium zu Silizium hervorgerufen. Der Mechanismus ist bekannt und dementsprechend werden für stärker bestrahlte Einrichtungen Vorkehrungen getroffen (Austausch nach festgelegten Betriebszeiten), um den sicheren Betrieb zu gewährleisten.

Mit Hilfe von wiederkehrenden Prüfungen (Sichtprüfungen, Druckprüfungen), deren Umfang und Häufigkeit sich an den Vorgaben orientiert, wie sie für Leistungsreaktoren in den Regeln der KTA gelten, können alterungsbedingte Schädigungen an passiven mechanischen Komponenten und Experimentiereinrichtungen frühzeitig erkannt und entsprechend Gegenmaßnahmen ergriffen werden.

Die Beanspruchungen von Bauwerken in Forschungsreaktoren unterscheiden sich nicht von denjenigen in Leistungsreaktoren und fallen an einigen Stellen, wie dem Reaktorbecken, wegen der geringeren Leistung quantitativ niedriger aus. Ebenso treten hier die gleichen Alterungsphänomene auf. Zur Vorsorge gegen unerwünschte Veränderungen durch Alterungsphänomene werden wiederkehrend Sichtprüfungen durchgeführt, um z. B. Risse frühzeitig zu erkennen und entsprechende Gegenmaßnahmen einzuleiten.