Nowe dane doświadczalne i procedura oceny zmęczenia materiału dla elektrowni jądrowych
Bezpieczeństwo elektrowni jądrowych opiera się na odpowiednim zarządzaniu eksploatowanymi elementami i innowacyjnym konstruowaniu nowych komponentów. W związku z tym stosuje się procedury oceny zmęczenia środowiskowego (ang. environmentally assisted fatigue, EAF), by wykazać bezpieczeństwo długotrwałej eksploatacji elektrowni jądrowych. Środowisko reaktora wodnego ciśnieniowego(odnośnik otworzy się w nowym oknie) (ang. pressurised water reactor, PWR) nie jest szczególnie agresywne względem zbiorników i rur ze stali nierdzewnej. Jednak konieczne jest udowodnienie, że elementy te są odporne na uszkodzenia wywołane przez EAF. Luki w dostępnych danych sprawiają, że bieżące procedury oceny EAF nie są w pełni precyzyjne. Celem finansowanego ze środków UE projektu INCEFA-PLUS(odnośnik otworzy się w nowym oknie) jest uzupełnienie tych braków w wiedzy, tak aby procedury oceny EAF lepiej odzwierciedlały zachowanie materiałów w warunkach panujących w elektrowni jądrowej. Członkowie konsorcjum zapewnili świeże dane doświadczalne i wytyczne, które umożliwią ocenę uszkodzeń spowodowanych przez EAF, bezpieczną długotrwałą eksploatację, a także budowę nowych, niezawodnych i wydajnych elektrowni jądrowych w Europie. „Te postępy w zakresie oceny zmęczenia pozwolą zwiększyć wiarygodność przewidywań dotyczących wytrzymałości zmęczeniowej”, mówi Kevin Mottershead, koordynator projektu.
Znormalizowana metoda
Bieżące, stosowane na całym świecie wytyczne dotyczące oceny EAF dostępne są w raporcie NUREG/CR-6909(odnośnik otworzy się w nowym oknie) opublikowanym przez amerykańską Komisję Nadzoru Jądrowego. Państwa europejskie uruchomiły różne krajowe programy mające na celu opracowanie własnych przepisów, które pozwolą zwiększyć wydajność elektrowni przy zachowaniu co najmniej porównywalnego poziomu bezpieczeństwa. Zespół projektu INCEFA-PLUS bazuje na tych programach, by poprawić bezpieczeństwo w oparciu o zwiększoną wiarygodność oceny długoterminowej. W ramach projektu INCEFA-PLUS 16 organizacji z całej Europy przeprowadziło testy austenitycznej stali nierdzewnej(odnośnik otworzy się w nowym oknie) stosowanej w elektrowniach jądrowych, by ocenić wpływ naprężenia średniego, czasu wytrzymania oraz chropowatości materiału na wytrzymałość zmęczeniową. Struktura krystaliczna stali austenitycznej – stopu zawierającego żelazo, węgiel, chrom, nikiel i inne dodatki – zapobiega jej twardnieniu pod wpływem gorąca. Dane doświadczalne opisujące austenityczną stal nierdzewną zebrano – zarówno dla środowiska powietrznego, jak i reaktora PWR – znormalizowano i umieszczono w internetowej bazie danych dotyczących wytrzymałości zmęczeniowej. Opracowano znormalizowany format danych, który ułatwi wymianę informacji. Jego zastosowanie zapewni, że dane te gromadzone będą z użyciem spójnych metod i zgodnie z ogólnie przyjętymi normami jakości, dzięki czemu na ich podstawie będzie mogła powstać międzynarodowa baza danych zawierająca wiarygodne i precyzyjne informacje na temat wytrzymałości zmęczeniowej. Trafią do niej wszystkie uzupełniające dane historyczne z raportu NUREG/CR-6909, pochodzące głównie z Japonii i Stanów Zjednoczonych.
Międzynarodowa współpraca
Zespołowi projektu INCEFA-PLUS udało się także poprawić porównywalność danych pochodzących z programów realizowanych na terenie UE, ponieważ laboratoria partnerskie przeprowadzały badania na tych samych materiałach i w tych samych warunkach. Zmniejszona niepewność oceny ułatwi utrzymanie bezpieczeństwa w elektrowniach jądrowych. Protokół badania może także stanowić podstawę przyszłej normy ISO dotyczącej przeprowadzania testów zmęczeniowych w środowiskach wodnych o wysokiej temperaturze. „W przypadku materiałów badanych w ramach projektu INCEFA-PLUS spodziewane postępy w zakresie oceny zmęczenia zwiększą możliwości uzyskiwania większej wytrzymałości zmęczeniowej”, komentuje Mottershead. „Przełoży się to na zwiększenie wiarygodności przewidywań dotyczących takiej wytrzymałości”. Najlepsze praktyki i rezultaty uzyskane w ramach projektu INCEFA-PLUS zostaną wykorzystane w inicjatywie INCEFA-SCALE, której celem będzie opisanie mechaniki EAF. Pozwoli to na bardziej wiarygodne przekładanie wyników badań laboratoryjnych na skalę stosowanych elementów, co da naukowcom zaawansowane możliwości oceny bezpieczeństwa elektrowni. „Ogromne międzynarodowe zainteresowanie tym tematem umożliwi nam bliską współpracę z podobnymi zespołami z Dalekiego Wschodu i Stanów Zjednoczonych”, podsumowuje Mottershead.
