Bewertung besonderer  Belastungszustände  von Brennelementen  und Komponenten

Im Rahmen des Eigenforschungsvorhabens wurde eine umfassende strukturmechanische Analyse von Brennelementen, Brennstäben sowie Transport- und Lagerbehältern für Kernbrennstoffe unter Berücksichtigung vielfältiger realer Belastungsszenarien durchgeführt. Das zentrale Ziel bestand darin, das mechanische Verhalten und die Belastungsgrenzen dieser Komponenten bei Zwischenlagerung und anschließenden Handhabungsvorgängen zu bestimmen. Besonderes Augenmerk galt dabei Ereignissen wie einem Behälteraufprall aus 30 cm Höhe, die mittels Finite-Elemente-Methoden (FEM) modelliert und simuliert wurden. Im methodischen Ansatz wurden für sämtliche relevante Behälterkomponenten spezifische Randbedingungen und Parameter abgeleitet, um die Wirkungen von normalen Transportprozessen sowie von außergewöhnlichen Vorfällen (wie Unfällen oder Stürzen) umfassend abzubilden. Ein Schwerpunkt lag auf der Entwicklung und Validierung von Rechenmodellen, welche die komplexen geometrischen Strukturen, Materialeigenschaften und Interaktionsmechanismen im System realitätsnah erfassen. Die Modelle wurden iterativ optimiert und anhand von experimentellen Daten sowie Literaturwerten verifiziert. Die Simulationsergebnisse liefern belastbare Daten für die sicherheitstechnische Bewertung und schließen erste Wissenslücken bezüglich der Belastungszustände von Brennelementen nach verlängerter Zwischenlagerung. Insbesondere wurden kritische Lastfälle identifiziert, die als Grundlage für zukünftige Untersuchungen dienen können. Die Arbeit trägt somit entscheidend zur wissenschaftlichen Nachvollziehbarkeit und Dokumentation bei. Abschließend zeigt die Studie, dass die entwickelten Methoden und Modelle eine sorgfältige Bewertung der mechanischen Integrität von Brennstäben, Brennelementen und Behältersystemen in Zwischenlagern ermöglichen. Die Ergebnisse unterstreichen die Notwendigkeit, verschiedene Lastszenarien und die komplexe Systeminteraktion in die Sicherheitsbewertung einzubeziehen und bieten eine belastbare Grundlage für weiterführende Forschung im Bereich der Zwischenlagerung abgebrannter Brennelemente.

Within the scope of this research project, a comprehensive structural-mechanical analysis of fuel assemblies, fuel rods, and transport and storage casks for nuclear fuel was conducted, taking into account a variety of realistic loading scenarios. The central objec tive was to determine the mechanical behavior and stress limits of these components during interim storage and subsequent handling operations. Particular attention was given to events such as a container impact from a height of 30 cm, which were modeled and simulated using finite element methods (FEM). Methodologically, specific boundary conditions and parameters were derived for all relevant components to comprehensively represent the effects of normal transport scenarios as well as handling incidents (e.g., accidents or drops). A key focus was the development and validation of computational models that realistically capture the complex geometrical structures, material properties, and interaction mechanisms within the system. The models were iteratively optimized and validated by comparison with experi mental data and literature values. The simulation results provide reliable data for safety assessments and close initial knowledge gaps regarding the stress states of fuel assemblies after extended interim storage. Critical load cases were identified that can serve as a basis for future studies. Consequently, this work makes a significant contribution to scientific transparency and documentation. In conclusion, the study demonstrates that the developed methods and models enable a thorough assessment of the mechanical integrity of fuel rods, fuel assemblies, and cask systems in interim storage facilities. The results emphasize the necessity of includ ing various load scenarios and the complex system interaction in safety evaluations and provide a sound foundation for further research in the field of interim storage of spent nuclear fuel.