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Technischer Bericht NTB 84-35

Kriechverhalten unlegierter Stahlwerkstoffe für Endlager-Behälter: Auswertung der Literaturangaben

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Gemäss nuklearem Entsorgungskonzept der Nagra sollen verglaste hochradioaktive Abfälle vor der Einbringung in das Endlager in korrosionsfeste Behälter eingeschlossen werden. Die Hauptfunktion des Behälters im Sicherheitskonzept ist, den Kontakt von Grundwasser mit der Abfallmaterie für eine vorgegebene Mindestzeit (1000 Jahre) zu verunmöglichen, also den Auslaugbeginn um diese Zeit hinauszuzögern. Im Rahmen der Untersuchung der Materialeigenschaften der für die Behälter in Frage kommenden Werkstoffe wurde eine Literaturstudie über das Kriechverhalten unlegierter Stahlwerkstoffe durchgeführt.

Zur Frage, ob für Zeiten bis ca. 1000 Jahre und Temperaturen bis 140°C Kriechvorgänge in unlegierten Stählen als bedeutend zu betrachten sind, können der einschlägigen Literatur nur spärliche und bedingt brauchbare Informationen entnommen werden. Dennoch können folgende Schlussfolgerungen gezogen werden:

Bei Raumtemperatur ist unterhalb der Streckgrenze kein Kriechen zu beobachten. Eine Extrapolation der verfügbaren Daten auf die Auslegungstemperatur der Behälter von 140°C ist aber nicht ohne Weiteres möglich. Dasselbe trifft auch für die publizierten Daten aus Untersuchungen oberhalb von 300°C zu, da hier die Variation der Aktivierungsenergie (eine der charakteristischen Grössen für den Widerstand des Materials gegen das Kriechen) mit der Temperatur unbekannt ist. Die wenigen verfügbaren Daten aus dem Temperaturbereich von 100 bis 300°C zeigen, dass durch reines Kriechen bei 140°C nach 1000 Jahren eine Dehnung um weniger als 1 % zu erwarten sein sollte. Es ist auch zu vermuten, dass das Ausmass der Verformung weniger vom Material selbst (Stahl, Stahlguss oder Sphäroguss) als von seiner Festigkeit bzw. Streckgrenze abhängig sein wird. Ob andere Einflüsse wie Wasserstoffdiffusion oder Bestrahlung die Kriechgeschwindigkeit erhöhen könnten, kann nicht genügend dokumentiert werden.

Wenn die zulässige Kriechdehnung die Grössenordnung von 1 % nicht überschreiten soll, ist eine experimentelle Überprüfung der Kriecheigenschaften zu empfehlen, wobei der Einfluss von Wasserstoffdiffusion und Bestrahlung bei den Untersuchungen zu berücksichtigen wäre.

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