Investigations into the safe operation of research reactors. AP 2 Aging behavior of technical equipment in research reactors
Description
This report summarizes the results of the work on the aging behavior of technical equipment in research reactors. The focus of the investigations was on passive mechanical components, structural structures and experimental facilities or their components from research reactors operated in Germany. In particular, those safety-relevant devices were examined that differ significantly from those in power reactors in terms of the materials used, construction and operating conditions. A significant difference in the design conditions in research reactors compared to power reactors is the use of aluminum alloys for experimental facilities as well as for passive mechanical components in the area close to the core (e.g. reflector housing in the FRMZ, moderator tank in FRM II, sections of the central channel in the FRM II). Another significant difference between research reactors and power reactors are some operating conditions, in particular pressure and temperature, the values of which are much lower than in power reactors. This results in significantly lower stresses, which means that the occurrence of some aging mechanisms is very unlikely (including mechanical or thermal fatigue) or can even be ruled out (e.g. stress corrosion cracking). Damage caused by corrosion in medium-carrying systems or experimental facilities, as well as in power reactors, is avoided through strict water chemistry specifications and appropriate monitoring and the use of cleaning systems to ensure compliance with the values. The main aging mechanism for passive mechanical components and experimental equipment in research reactors is radiation-induced damage to aluminum alloys. Irreversible changes in the mechanical properties of aluminum alloys are caused by the transmutation of aluminum to silicon. The mechanism is known and accordingly precautions are taken for more heavily irradiated facilities (replacement after set operating times) to ensure safe operation. With the help of recurring tests (visual inspections, pressure tests), the scope and frequency of which are based on the specifications that apply to power reactors in the KTA rules, aging-related damage to passive mechanical components and experimental equipment can be detected at an early stage and appropriate countermeasures can be taken. The stresses on structures in research reactors do not differ from those in power reactors and are quantitatively lower in some places, such as the reactor pool, due to the lower output. The same aging phenomena also occur here. To prevent undesirable changes caused by aging phenomena, visual inspections are carried out regularly, e.g. B. detect cracks early and take appropriate countermeasures.
Availability note (English)
Available from: https://www.grs.de/sites/default/files/2023-12/GRS-727.pdfAbstract (German)
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.Additional details
Additional titles
- Original title (German)
- Untersuchungen zum sicheren Betrieb von Forschungsreaktoren. AP 2 Alterungsverhalten technischer Einrichtungen in Forschungsreaktoren
Identifiers
Publishing Information
- ISBN
- 978-3-910548-18-3
- Imprint Pagination
- 81 p.
- Report number
- GRS--727
INIS
- Country of Publication
- Germany
- Country of Input or Organization
- Germany
- INIS RN
- 55018817
- Subject category
- S21: SPECIFIC NUCLEAR REACTORS AND ASSOCIATED PLANTS;
- Resource subtype / Literary indicator
- Non-conventional Literature
- Descriptors DEI
- AGING; ALUMINIUM ALLOYS; CLEANING; CRACK PROPAGATION; EQUIPMENT; FEDERAL REPUBLIC OF GERMANY; FRM-II REACTOR; GRS; IN-SERVICE INSPECTION; MONITORING; REACTOR EXPERIMENTAL FACILITIES; REACTOR OPERATION; REACTOR SAFETY; SPECIFICATIONS; STRESS CORROSION; TEST FACILITIES; THERMAL FATIGUE; TRANSMUTATION; WATER CHEMISTRY
- Descriptors DEC
- ALLOYS; CHEMICAL REACTIONS; CHEMISTRY; CORROSION; DEVELOPED COUNTRIES; ENRICHED URANIUM REACTORS; EUROPE; FATIGUE; GERMAN FR ORGANIZATIONS; HEAVY WATER MODERATED REACTORS; INSPECTION; MECHANICAL PROPERTIES; NATIONAL ORGANIZATIONS; OPERATION; POOL TYPE REACTORS; REACTOR COMPONENTS; REACTOR LIFE CYCLE; REACTORS; RESEARCH AND TEST REACTORS; RESEARCH REACTORS; SAFETY; THERMAL REACTORS; WATER COOLED REACTORS; WATER MODERATED REACTORS; WESTERN EUROPE
Optional Information
- Contract/Grant/Project number
- Foerderkennzeichen BMUV 4720R01300
- Funding organization
- Bundesministerium f#Latin Small Letter U With Diaeresis#r Umwelt, Naturschutz, nukleare Sicherheit und Verbraucherschutz (BMUV), Berlin (Germany)