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Beznau 1
Ultraschallbefunde im Reaktordruckbehälter
Dipl.-Ing. Simone Mohr
Fachgespräch zu grenznahen AKW
Berlin, 10. März 2017
2
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Beznau 1
● 8 km Entfernung zur
deutschen Grenze bei
Waldshut-Tiengen
● Mit 47 Jahren ältestes
KKW der Welt
● Druckwasserreaktor
amerikanischer
Bauart, 365 MW(e)
Quellen: Christian Küppers (vorherige Folie), Öko-Institut: älteste KKW
Europas 2015 (orange KKW > 30 Jahre, rote KKW > 40 Jahre
RDB Beznau 1│Simone Mohr│Berlin│10.März 2017
3
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Sicherheitstechnische Bedeutung des
Reaktordruckbehälters (RDB)
Quelle: Öko-InstitutRDB Beznau 1│Simone Mohr│Berlin│10.März 2017
● RDB umschließt Reaktorkern mit Brennelementen
‒ Kernkühlung bei Sprödbruch-Versagen des RDB nicht mehr möglich
‒ Bei Versagen unter hohem Druck: zusätzlich Versagen des
Sicherheitsbehälters möglich
‒ Höchste Qualitätsanforderungen bei Herstellung und Betrieb
‒ geringe Sicherheitsmargen oder Unsicherheiten bei der Nachweisführung
zur RDB-Integrität sind zu vermeiden.
4
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Status vor Entdeckung der Befunde
Überwachung der zunehmenden Bestrahlungsversprödung des
Reaktordruckbehälters (RDB) durch Voreilproben, hergestellt aus
den Enden der Originalschmiedestücke der RDB-Einzelteile.
Voreilproben sind im Reaktor zwischen Kernbrennstoff und RDB-
Innenwand eingehängtè größere Nähe zur Kernreaktion und
vorauseilende Versprödung gegenüber RDB-Ringen.
Ergebnis der Auswertung des letzten Voreilprobensatzes :
● Der Ring C des RDB von Beznau 1 ist erheblich versprödeter als beim
vorletzten Materialprobensatz prognostiziert.
● Ermittelte Sprödbruchreferenztemperatur als Maß für die Versprödung
nach klassischem Berechnungsverfahren (Methode I) in der Nähe des
Grenzwertes nach UVEK Verordnung.
RDB Beznau 1│Simone Mohr│Berlin│10.März 2017
5
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Status vor Entdeckung der Befunde
● Außerbetriebnahmeverordnung von 2008 fordert Einhaltung von maximal 93°C bei der
Sprödbruchreferenztemperatur in ¼ Wandtiefe des RDB. Zunächst kam nur das klassische
Verfahren zur Bestimmung der Sprödbruchreferenztemperatur RTRef=RTNDT vor. Dieses
Verfahren (Methode I) gilt als konservativ (Kerbschlagbiegeversuch nach Charpy).
● Seit 2011 gilt die Richtlinie ENSI-B01/d, die die Ermittlung der
Sprödbruchreferenztemperatur auch nach Master-Curve-Verfahren RTRef=RTT0 (Methode II,
Variante A und B) als zulässig beschreibt im Sommer 2011 erfolgte die erneute
Auswertung des Probensatzes mit rekonstruierten Voreilproben nach Master-Curve-
Verfahren.
RDB Beznau 1│Simone Mohr│Berlin│10.März 2017 Quelle Tabelle: AXPO 2011 Langzeitsicherheitsnachweis 2011 für Beznau 1,
Ergänzungen Öko-Institut
Mit neuer Methode II
Reduzierung der
Sicherheitsmargen
um 34°C bei RTRef
der Voreilproben
möglich.
6
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Sprödbruchreferenztemperatur im März 2011
Quelle: AXPO 2011 Forderung 4.1-1 Einreichung eines Konzeptes "Absicherung des Werkstoffzustandes der
Reaktordruckbehäiter 10/20JRC 0001 für 60 Betriebsjahre" und Forderung 4.2-1 "Nachweis
Sprödbruchsicherheit RBD unter Thermoschock für 60 Betriebsjahre„. 19.12.2011, Ergänzungen Öko-Institut
RDB Beznau 1│Simone Mohr│Berlin│10.März 2017
Neben dem konservativen
Verfahren Methode I (blaue Kurve)
wurde auch das neue Master-
Curve-Verfahren (rote Kurve)
zunächst als Sicherheitsmarge
ausgewiesen.
Fluenz (60 BJ=54 VLJ in ¼ Tiefe)=
5,95 x 1019 n/cm2
BJ=Betriebsjahre
VLJ=Volllastjahre
7
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Sprödbruchreferenztemperatur im Dezember 2011
Quelle: AXPO 2011 Forderung 4.1-1 Einreichung eines Konzeptes "Absicherung des Werkstoffzustandes der
Reaktordruckbehäiter 10/20JRC 0001 für 60 Betriebsjahre" und Forderung 4.2-1 "Nachweis
Sprödbruchsicherheit RBD unter Thermoschock für 60 Betriebsjahre„. 19.12.2011, Ergänzungen Öko-Institut
RDB Beznau 1│Simone Mohr│Berlin│10.März 2017
Dezember 2011 nach
Auswertung des letzten
Materialprobensatzes:
Der Grenzwert der
Sprödbruchreferenztemperatur
RTref=93°C in ¼ T ist auch mit
neuer Master-Curve Methode IIB
fast erreicht.
Sicherheitsmarge <12°C bei
Anwendung des neueren Master-
Curve-Verfahrens IIB. Die Kurve
des klassischen Verfahrens wird
nicht mehr veröffentlicht.
Sicherheitsmarge
< 12°C
Master-Curve IIB, Fluenz (60 BJ=54VLJ in ¼ Tiefe)= 3,6 x 1019 n/cm2
Grenzwert= 93°C
8
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Juli 2015: Entdeckung Ultraschallanzeigen im Kernring C
● Mehrere Cluster (hohe Dichte an Materialfehlern) sogenannter nichtmetallischer
Einschlüsse, Größe und Lage der Einschlüsse an besonders beanspruchten
Stellen des RDB beeinträchtigen die Materialqualität.
● Betreiber Axpo muss neuen Sicherheitsnachweis führen, dass der
Reaktordruckbehälter bei Störfällen keinen Sprödbruch erleidet.
Temperaturzuschlag auf die Sprödbruchreferenztemperatur erforderlich.
Quelle Bild: AXPO Mediengespräch, Mai 2016RDB Beznau 1│Simone Mohr│Berlin│10.März 2017
Oberer Kernring C
9
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Aktueller Status mit Ultraschallbefunden
Fast keine Sicherheitsmarge mehr zum Grenzwert der
Sprödbruchreferenztemperatur (<12°C), aber:
• in der Regel sind Inhomogenitäten im RDB beim
Sicherheitsnachweis noch mit einem Zuschlag bei der
Referenztemperatur zu berücksichtigen.
Axpo muss somit nachweisen, dass die nichtmetallischen
Einschlüsse keinen nachteiligen Einfluss auf die
Materialeigenschaften bzw. die Versprödung des RDB haben.
Der amerikanische ASME-Code fordert hierfür repräsentative
Materialprobenè
Werkstoffprüfungen sollten an Originalmaterialproben des RDB
durchgeführt werden. Diese müssen vergleichbare
nichtmetallische Einschlüsse wie der Ring C des RDB aufweisen.
RDB Beznau 1│Simone Mohr│Berlin│10.März 2017
10
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Notlösung Replika
• AXPO hat keine Materialproben des bestrahlten
Originalmaterials mit vergleichbaren Materialeinschlüssen für
den Sicherheitsnachweis.
Quelle Bild der Replika: AXPO, Mediengespräch September 2016RDB Beznau 1│Simone Mohr│Berlin│10.März 2017
• Notlösung: AXPO ordert
Neuanfertigung (Replika) bei Sheffield
Forgemasters : Ring soll gleiche
Herstellungsbedingungen wie 1965 bei
Scmiede Le Creusot haben.
• Die Replika soll repräsentativ für den
Materialzustand des
Reaktordruckbehälter-Rings C von
Beznau 1 sein.
11
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Sicherheitsbedenken hinsichtlich der Repräsentativität
der Replika
● Zweifel hinsichtlich gleicher Randbedingungen bei Herstellung:
‒ In den 60er Jahren war das Fertigen derartiger Schmiedestücke Neuland,
Einschlüsse konnten auf verschiedenste Art und Weise entstehen, bspw. durch
Partikel der Ofenauskleidung, etc.. Auswirkungen der Wärmebehandlung auf
die Materialeigenschaften nicht vollständig bekannt.
‒ Gemäß WENRA-Bericht: „The heat treatment procedure for the Beznau-1 unit
has not been found in detail”. Hersteller Le Creusot derzeit erheblichen
Vorwürfen hinsichtlich fehlender oder veränderter Unterlagen bis in die
damalige Zeit ausgesetzt.
● Replika fehlt die Bestrahlungs- und Ermüdungshistorie von 47 Jahren
Betrieb des KKW Beznau 1.
● Review-Team des Ensi ohne deutsche Beteiligung nach Ausscheiden
des Geschäftsführers i. R. Eberhard Roos der MPA Stuttgart.
RDB Beznau 1│Simone Mohr│Berlin│10.März 2017 Quelle: WENRA, Report Activities in WENRA countries following the Recommendation regarding flaw
indications found in Belgian reactors, 17.Dezember 2014, Seite 18
12
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Fazit
● Die zulässige Sprödbruchreferenztemperatur von RDB-Ring C ist nach
klassischem Berechnungs-Verfahren bereits ohne Berücksichtigung der
Einschlüsse erreicht bzw. überschritten. Der Nachweis der
Sprödbruchsicherheit kann - wenn überhaupt - nur noch mit dem
weniger konservativen Master-Curve- Verfahren und weniger
konservativen Randbedingungen geführt werden reduzierte
Sicherheitsmargen beim Sicherheitsnachweis des RDB
● Der Nachweis der Sprödbruchsicherheit wird u. a. mit den Replika-Daten
geführt Unsicherheiten beim Sicherheitsnachweis des RDB
● Reduzierte Sicherheitsmargen sowie Unsicherheiten beim
Sprödbruchsicherheitsnachweis entsprechen nicht den höchsten
Qualitätsanforderungen, die an einen Reaktordruckbehälter zu stellen
sind.
RDB Beznau 1│Simone Mohr│Berlin│10.März 2017
13
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Vortragstitel│Referentenname│Ort│Datum
Ihr Ansprechpartner
Simone Mohr
Dipl.-Ing. Maschinenbau
Öko-Institut e.V.
Büro Darmstadt
Rheinstraße 95
D-64295 Darmstadt
Telefon: +49 6151 8191 146
E-Mail: s.mohr@oeko.de
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Beznau 1: Ultraschallbefunde im Reaktordruckbehälter

  • 1. www.oeko.de Beznau 1 Ultraschallbefunde im Reaktordruckbehälter Dipl.-Ing. Simone Mohr Fachgespräch zu grenznahen AKW Berlin, 10. März 2017
  • 2. 2 www.oeko.de Beznau 1 ● 8 km Entfernung zur deutschen Grenze bei Waldshut-Tiengen ● Mit 47 Jahren ältestes KKW der Welt ● Druckwasserreaktor amerikanischer Bauart, 365 MW(e) Quellen: Christian Küppers (vorherige Folie), Öko-Institut: älteste KKW Europas 2015 (orange KKW > 30 Jahre, rote KKW > 40 Jahre RDB Beznau 1│Simone Mohr│Berlin│10.März 2017
  • 3. 3 www.oeko.de Sicherheitstechnische Bedeutung des Reaktordruckbehälters (RDB) Quelle: Öko-InstitutRDB Beznau 1│Simone Mohr│Berlin│10.März 2017 ● RDB umschließt Reaktorkern mit Brennelementen ‒ Kernkühlung bei Sprödbruch-Versagen des RDB nicht mehr möglich ‒ Bei Versagen unter hohem Druck: zusätzlich Versagen des Sicherheitsbehälters möglich ‒ Höchste Qualitätsanforderungen bei Herstellung und Betrieb ‒ geringe Sicherheitsmargen oder Unsicherheiten bei der Nachweisführung zur RDB-Integrität sind zu vermeiden.
  • 4. 4 www.oeko.de Status vor Entdeckung der Befunde Überwachung der zunehmenden Bestrahlungsversprödung des Reaktordruckbehälters (RDB) durch Voreilproben, hergestellt aus den Enden der Originalschmiedestücke der RDB-Einzelteile. Voreilproben sind im Reaktor zwischen Kernbrennstoff und RDB- Innenwand eingehängtè größere Nähe zur Kernreaktion und vorauseilende Versprödung gegenüber RDB-Ringen. Ergebnis der Auswertung des letzten Voreilprobensatzes : ● Der Ring C des RDB von Beznau 1 ist erheblich versprödeter als beim vorletzten Materialprobensatz prognostiziert. ● Ermittelte Sprödbruchreferenztemperatur als Maß für die Versprödung nach klassischem Berechnungsverfahren (Methode I) in der Nähe des Grenzwertes nach UVEK Verordnung. RDB Beznau 1│Simone Mohr│Berlin│10.März 2017
  • 5. 5 www.oeko.de Status vor Entdeckung der Befunde ● Außerbetriebnahmeverordnung von 2008 fordert Einhaltung von maximal 93°C bei der Sprödbruchreferenztemperatur in ¼ Wandtiefe des RDB. Zunächst kam nur das klassische Verfahren zur Bestimmung der Sprödbruchreferenztemperatur RTRef=RTNDT vor. Dieses Verfahren (Methode I) gilt als konservativ (Kerbschlagbiegeversuch nach Charpy). ● Seit 2011 gilt die Richtlinie ENSI-B01/d, die die Ermittlung der Sprödbruchreferenztemperatur auch nach Master-Curve-Verfahren RTRef=RTT0 (Methode II, Variante A und B) als zulässig beschreibt im Sommer 2011 erfolgte die erneute Auswertung des Probensatzes mit rekonstruierten Voreilproben nach Master-Curve- Verfahren. RDB Beznau 1│Simone Mohr│Berlin│10.März 2017 Quelle Tabelle: AXPO 2011 Langzeitsicherheitsnachweis 2011 für Beznau 1, Ergänzungen Öko-Institut Mit neuer Methode II Reduzierung der Sicherheitsmargen um 34°C bei RTRef der Voreilproben möglich.
  • 6. 6 www.oeko.de Sprödbruchreferenztemperatur im März 2011 Quelle: AXPO 2011 Forderung 4.1-1 Einreichung eines Konzeptes "Absicherung des Werkstoffzustandes der Reaktordruckbehäiter 10/20JRC 0001 für 60 Betriebsjahre" und Forderung 4.2-1 "Nachweis Sprödbruchsicherheit RBD unter Thermoschock für 60 Betriebsjahre„. 19.12.2011, Ergänzungen Öko-Institut RDB Beznau 1│Simone Mohr│Berlin│10.März 2017 Neben dem konservativen Verfahren Methode I (blaue Kurve) wurde auch das neue Master- Curve-Verfahren (rote Kurve) zunächst als Sicherheitsmarge ausgewiesen. Fluenz (60 BJ=54 VLJ in ¼ Tiefe)= 5,95 x 1019 n/cm2 BJ=Betriebsjahre VLJ=Volllastjahre
  • 7. 7 www.oeko.de Sprödbruchreferenztemperatur im Dezember 2011 Quelle: AXPO 2011 Forderung 4.1-1 Einreichung eines Konzeptes "Absicherung des Werkstoffzustandes der Reaktordruckbehäiter 10/20JRC 0001 für 60 Betriebsjahre" und Forderung 4.2-1 "Nachweis Sprödbruchsicherheit RBD unter Thermoschock für 60 Betriebsjahre„. 19.12.2011, Ergänzungen Öko-Institut RDB Beznau 1│Simone Mohr│Berlin│10.März 2017 Dezember 2011 nach Auswertung des letzten Materialprobensatzes: Der Grenzwert der Sprödbruchreferenztemperatur RTref=93°C in ¼ T ist auch mit neuer Master-Curve Methode IIB fast erreicht. Sicherheitsmarge <12°C bei Anwendung des neueren Master- Curve-Verfahrens IIB. Die Kurve des klassischen Verfahrens wird nicht mehr veröffentlicht. Sicherheitsmarge < 12°C Master-Curve IIB, Fluenz (60 BJ=54VLJ in ¼ Tiefe)= 3,6 x 1019 n/cm2 Grenzwert= 93°C
  • 8. 8 www.oeko.de Juli 2015: Entdeckung Ultraschallanzeigen im Kernring C ● Mehrere Cluster (hohe Dichte an Materialfehlern) sogenannter nichtmetallischer Einschlüsse, Größe und Lage der Einschlüsse an besonders beanspruchten Stellen des RDB beeinträchtigen die Materialqualität. ● Betreiber Axpo muss neuen Sicherheitsnachweis führen, dass der Reaktordruckbehälter bei Störfällen keinen Sprödbruch erleidet. Temperaturzuschlag auf die Sprödbruchreferenztemperatur erforderlich. Quelle Bild: AXPO Mediengespräch, Mai 2016RDB Beznau 1│Simone Mohr│Berlin│10.März 2017 Oberer Kernring C
  • 9. 9 www.oeko.de Aktueller Status mit Ultraschallbefunden Fast keine Sicherheitsmarge mehr zum Grenzwert der Sprödbruchreferenztemperatur (<12°C), aber: • in der Regel sind Inhomogenitäten im RDB beim Sicherheitsnachweis noch mit einem Zuschlag bei der Referenztemperatur zu berücksichtigen. Axpo muss somit nachweisen, dass die nichtmetallischen Einschlüsse keinen nachteiligen Einfluss auf die Materialeigenschaften bzw. die Versprödung des RDB haben. Der amerikanische ASME-Code fordert hierfür repräsentative Materialprobenè Werkstoffprüfungen sollten an Originalmaterialproben des RDB durchgeführt werden. Diese müssen vergleichbare nichtmetallische Einschlüsse wie der Ring C des RDB aufweisen. RDB Beznau 1│Simone Mohr│Berlin│10.März 2017
  • 10. 10 www.oeko.de Notlösung Replika • AXPO hat keine Materialproben des bestrahlten Originalmaterials mit vergleichbaren Materialeinschlüssen für den Sicherheitsnachweis. Quelle Bild der Replika: AXPO, Mediengespräch September 2016RDB Beznau 1│Simone Mohr│Berlin│10.März 2017 • Notlösung: AXPO ordert Neuanfertigung (Replika) bei Sheffield Forgemasters : Ring soll gleiche Herstellungsbedingungen wie 1965 bei Scmiede Le Creusot haben. • Die Replika soll repräsentativ für den Materialzustand des Reaktordruckbehälter-Rings C von Beznau 1 sein.
  • 11. 11 www.oeko.de Sicherheitsbedenken hinsichtlich der Repräsentativität der Replika ● Zweifel hinsichtlich gleicher Randbedingungen bei Herstellung: ‒ In den 60er Jahren war das Fertigen derartiger Schmiedestücke Neuland, Einschlüsse konnten auf verschiedenste Art und Weise entstehen, bspw. durch Partikel der Ofenauskleidung, etc.. Auswirkungen der Wärmebehandlung auf die Materialeigenschaften nicht vollständig bekannt. ‒ Gemäß WENRA-Bericht: „The heat treatment procedure for the Beznau-1 unit has not been found in detail”. Hersteller Le Creusot derzeit erheblichen Vorwürfen hinsichtlich fehlender oder veränderter Unterlagen bis in die damalige Zeit ausgesetzt. ● Replika fehlt die Bestrahlungs- und Ermüdungshistorie von 47 Jahren Betrieb des KKW Beznau 1. ● Review-Team des Ensi ohne deutsche Beteiligung nach Ausscheiden des Geschäftsführers i. R. Eberhard Roos der MPA Stuttgart. RDB Beznau 1│Simone Mohr│Berlin│10.März 2017 Quelle: WENRA, Report Activities in WENRA countries following the Recommendation regarding flaw indications found in Belgian reactors, 17.Dezember 2014, Seite 18
  • 12. 12 www.oeko.de Fazit ● Die zulässige Sprödbruchreferenztemperatur von RDB-Ring C ist nach klassischem Berechnungs-Verfahren bereits ohne Berücksichtigung der Einschlüsse erreicht bzw. überschritten. Der Nachweis der Sprödbruchsicherheit kann - wenn überhaupt - nur noch mit dem weniger konservativen Master-Curve- Verfahren und weniger konservativen Randbedingungen geführt werden reduzierte Sicherheitsmargen beim Sicherheitsnachweis des RDB ● Der Nachweis der Sprödbruchsicherheit wird u. a. mit den Replika-Daten geführt Unsicherheiten beim Sicherheitsnachweis des RDB ● Reduzierte Sicherheitsmargen sowie Unsicherheiten beim Sprödbruchsicherheitsnachweis entsprechen nicht den höchsten Qualitätsanforderungen, die an einen Reaktordruckbehälter zu stellen sind. RDB Beznau 1│Simone Mohr│Berlin│10.März 2017
  • 13. 13 www.oeko.de Vortragstitel│Referentenname│Ort│Datum Ihr Ansprechpartner Simone Mohr Dipl.-Ing. Maschinenbau Öko-Institut e.V. Büro Darmstadt Rheinstraße 95 D-64295 Darmstadt Telefon: +49 6151 8191 146 E-Mail: s.mohr@oeko.de
  • 14. www.oeko.de Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Thank you for your attention! Haben Sie noch Fragen? Do you have any questions? ?