Bruchmechanik

Bruchmechanische Werkstoffcharakterisierung zur Überwachung der Neutronenversprödung von Reaktordruckbehältern für den Langzeitbetrieb von Kern­kraftwerken): Der RDB altert vor allem in Form von Versprödung, welche durch die Neutronen­bestrahlung hervorgerufen wird. Deshalb müssen die Materialeigenschaften des RDB im Rahmen derÜberwachung durchgängig gemes­sen und bewertet werden. In den laufenden Anlagen bestehen die Überwachungsprogramme aus Proben des Grundwerk­stoffs und der Schweissmaterialien des RDB. Diese Proben werden mit mechanischen und bruchmechanischen Werkstoffprüfverfahren geprüft. Bei der klassischen Methode zur Bewertung der Neutronenversprödung, dem RTNDT-Konzept, wird eine materialspezifische Referenztemperatur und deren bestrahlungsinduzierte Verschiebung zur Justierung einer universellen Bruchzähigkeitskurve ermittelt. Die Bewertung basiert auf Messwerten aus dem Kerbschlagbiegeversuch.

In der im Oktober 2009 abgeschlossenen Projektphase wurde eine alternative Methode untersucht, die bereits in den USA als Standard (ASTM E1921) verwendet wird. Dieses so genannte Masterkurve(MC)-Konzept beschreibt die Temperaturabhängigkeit der Bruch­zähigkeit K_Jc im spröd-duktilen Übergangsbereich ferritischer Stähle auf probabilistischer Grundlage. Sie basiert auf einerstatistisch definierten Universalkurve, die mit einer Referenz­temperatur T₀ werkstoffspezifisch justiert werden kann. Dabei wird T₀ direkt aus bruchmechanischen Versuchen mit Kleinproben ermittelt. Die Untersuchungen konnten zeigen, dass die MC-Referenztemperatur T₀ mit guter Genauigkeit weitgehend unabhängig von der Probengrösse und Risslänge bestimmt werden kann. Differenzen von T₀ von ca. 15 Kelvin ergaben sich bei der Verwendung von verschiedenen Probentypen, Biegeproben und Kompaktzugproben. Dieser Unterschied ist je nach Probentyp bei der Festlegung der unteren Grenzkurve der Bruchzähigkeit zu berücksichtigen. Mit dem MC-Konzept steht eine alternative bruchmechanische Methode zur Verfügung, die im Rahmen des Sprödbruch-Sicherheits­nachweises angewendet werden kann. Der Vorteil der Methode besteht in der Übertragbarkeit der T₀-Bestimmung auf grosse Bauteile und der Verwendung von Klein­proben, die in den Bestrahlungskapseln im Reaktor vorhanden sind. Die Ergebnisse gehen in das neue Regelwerk des ENSI ein.

Vergleich der T0d-Auswertung nach HSK-AN425 Rev. 5 und nach ISO/FDIS 26843/ASTM E 1921-09a, KJC(1T) und MC für 5%, 50% und 95% Bruchwahrscheinlichkeit.