LEDA – Long-Term Experimental Dry Storage Analysis

Die experimentellen Untersuchungen werden in Form von „Integral-Effekt-Tests“ realisiert, das heißt durch Tests und Untersuchungen an unterschiedlichen Brennstabsegmenten mit prototypischen Randbedingungen für die Trockenlagerung in Deutschland. Typische Bedingungen werden mittels Online-Monitoring eingestellt und überwacht. Darüber hinaus erfordert die Zielsetzung geeignete Untersuchungen zur Vor- und Nachcharakterisierung der Hüllrohrmaterialien. Die Ziele des Versuchsprogramms LEDA sind die integrale Untersuchung des Verhaltens von für Deutschland repräsentativen Brennstabsegmenten unter typischen Bedingungen der trockenen Zwischenlagerung.

Mit den in LEDA generierten experimentellen Daten werden analytische Modelle und Methoden zur Vorhersage der Brennstabintegrität für die schutzzielorientierte Nachweisführung erweitert und validiert. Die bisherigen Kriterien zum Ausschluss des systematischen Hüllrohrversagens werden unter Einbeziehung des (Langzeit-)Wasserstoffverhaltens für Lagerzeiten über 40 Jahre hinaus überprüft und deren Vollständigkeit untersucht.

Die Langzeitmesskampagne wird mit verschiedenen bestrahlten Brennstabsegmenten unter prototypischen Randbedingungen durchgeführt. Dabei wird ein integraler Ansatz unter Bedingungen des Trocknungsprozesses und der trockenen Zwischenlagerung abgebildet. Die Durchführung von adäquaten Vor- und Nachcharakterisierungen der Brennstabsegmente und die Fokussierung auf wasserstoffinduzierte Effekte erlauben in Kombination mit der Verwendung von für Deutschland repräsentativen Brennstabsegmenten im Gegensatz zu Einzeleffekttests die direkte Interpretation und Anwendung der Ergebnisse auf die verlängerte Zwischenlagerung in Deutschland.

Die zu untersuchenden Brennstabsegmente repräsentieren bestmöglich die in Deutschland eingesetzten Brennstäbe bezüglich der eingesetzten Hüllrohrmaterialien, Brennstoffe und Bestrahlungshistorien. Es wird damit sichergestellt, dass möglichst abdeckende und prototypische Bedingungen bezüglich der Behälterbeladungen abgebildet werden.

Die Versuche werden in den heißen Zellen bei Studsvik in Schweden in einem dafür geeigneten Teststand durchgeführt. Letzterer wurde entwickelt und hergestellt im Rahmen des Halden Reactor Project (HRP), um das Brennstabverhalten unter Bedingungen der trockenen Zwischenlagerung zu untersuchen. Nach dem Erlöschen der Betriebserlaubnis der Halden-­Anlage hat das Halden Board zugestimmt, das Testequipment nach Nyköping in die Laboratorien von Studsvik zu transportieren, sodass eine weitere Nutzung durch die BGZ gewährleistet werden kann. Eine Skizze des nun umfangreich modifizierten Aufbaus ist in der Abbildung 12 zu finden. In dem Teststand können acht Brennstabsegmente gleichzeitig einer typischen Temperaturtransiente sowohl axial als auch zeitlich veränderbar ausgesetzt werden. Für die Tests werden typische axiale Temperaturprofile eingestellt. Über einen mehrmonatigen Zeitraum wird die Temperatur dann sukzessive erniedrigt, ähnlich dem Temperaturabfall der trocken zwischengelagerten Brennelemente, nachdem der Behälter verschlossen wurde.

Nach derzeitigem Stand sind mindestens drei Versuchskampagnen mit jeweils bis zu acht Brennstabsegmenten geplant. Zu jeder Kampagne gehört eine umfangreiche Vor-­ und Nachcharakterisierungsphase, in der die mechanischen Kennwerte und Materialkennwerte bestimmt werden. Die derzeitigen Planungen umfassen Untersuchungen von insgesamt elf Brennstabsegmenten und zehn ganzen Brennstäben. Letztere werden in jeweils vier Segmente zerteilt, um in dem Teststand untersucht werden zu können. Die Segmente und Stäbe sind so ausgewählt worden, dass sie bestmöglich das von der BGZ verwahrte Inventar repräsentieren. Die Abbrände der Brennstäbe und Segmente liegen zwischen 20 und 80 GWd/tSM und die Hüllrohrmaterialien bestehen aus den Legierungen M5^®, DUPLEX, Optimized ZIRLO, Zry­^-4 sowie Zry­^-2 mit und ohne Liner.