Испытания макетов транспортных упаковочных комплектов для отработавшего ядерного топлива на внешние ударные воздействия

Описана методика испытаний макетов транспортных упаковочных комплектов (ТУК) для отработавшего ядерного топлива на внешние ударные воздействия (падение на штырь, падение на демпферы, удар падающего самолета), учитывающая масштабные эффекты и наличие в корпусе ТУК технологических дефектов. Основная идея методики заключается в том, что в корпусе макета в зоне действия максимальных растягивающих напряжений создаются искусственные трещиноподобные дефекты. Их размеры определяются допускаемой при изготовлении ТУК технологической дефектностью корпусного материала (поковок, отливок, сварных швов), масштабом макетов и рассеянием характеристик вязкости разрушения материала корпуса. Консервативность результатов имитационных испытаний обеспечивается тем, что вероятность разрушения макета с искусственными дефектами превышает вероятность разрушения натурного ТУК. Приведены результаты расчетов напряженно-деформированного состояния и прочности макетов транспортных упаковочных комплектов для РУ БРЕСТ-ОД-300 при бросковых испытаниях и испытаниях на удар падающего самолета. С использованием концепции мастер-кривой выполнена оценка вероятностей разрушения натурного ТУК и уменьшенных макетов в зависимости от температуры испытания. Показано, что используемая для изготовления корпусов ТУК для РУ БРЕСТ-ОД-300 сталь 09Н2МФБА-А имеет высокие показатели динамической вязкости разрушения, обеспечивающие сохранение целостности ТУК при пониженных температурах — до –60 °C.

1. Седых Н. А. Проблемы безопасности атомных электростанций / Вопросы оборонной техники. Серия 16: Технические средства противодействия терроризму. 2014. № 1 – 2. С. 103 – 107.

2. Lee K., Jung J.-W., Hong J.-W. Advanced aircraft analysis of an F-4 Phantom on a reinforced concrete building / Nucl. Eng. Design. 2014. Vol. 273. P. 505 – 528.

3. Shirai K., Namba K., Saegusa T. Safety analysis of dual-purpose metal cask subjected to impulsive loads due to aircraft engine crash / J. Power Energy Syst. 2009. Vol. 3. No. 1. P. 72 – 82. DOI: 10.1299/jpes.3.72

4. Almomani B., Jang D., Lee S., Kang H. G. Development of a probabilistic safety assessment framework for an interim dry storage facility subjected to an aircraft crash using best-estimate structural analysis / Nucl. Eng. Technol. 2017. Vol. 49. No. 2. P. 411 – 425. DOI: 10.1016/j.net.2016.12.013

5. Marchaud G., Vilela L., Nallet S. Designing a radioactive material storage cask against airplane crashes with LS-DYNA / Proc. of 13th Int. LS-DYNA Users Conf. Montigny-le-Bretonneux, France, 2016. P. 68 – 74.

6. Курындин А. В., Киркин А. М., Каримов А. З., Лось В. А. О подходах к расчетному моделированию испытаний ТУК на ударное воздействие при падении самолета / Вопросы атомной науки и техники. Серия: Материаловедение и новые материалы. 2022. Вып. 4(115). С. 37 – 50.

7. Бирбраер А. Н., Роледер А. Ю. Экстремальные воздействия на сооружения. — СПб.: Изд-во Политехнического университета, 2009. — 600 с.

8. Sugano T., Tsubota H., Kasai Y., Koshika N. Full-scale aircraft impact test for evaluation of impact force / Nucl. Eng. Design. 1993. Vol. 140. No. 3. P. 373 – 385.

9. Абрамов В. В., Казанцев А. Г., Петров О. М. и др. Испытания макета транспортного упаковочного комплекта / Атомная энергия. 2023. Т. 134. № 3 – 4. С. 164 – 169. DOI: 10.1007/s10512-024-01045-3

10. Махутов Н. А. Актуальные проблемы безопасности критически и стратегически важных объектов / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2018. Т. 84. № 1. С. 5 – 9. DOI: 10.26896/1028-6861-2018-84-1-i-05-09

11. Казанцев А. Г., Скоробогатых В. Н., Погорелов Е. В. и др. Определение температурной зависимости вязкости разрушения металла толстостенной обечайки с учетом ее неоднородности / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2023. Т. 89. № 3. С. 46 – 56. DOI: 10.26896/1028-6861-2023-89-3-46-56

12. Kazantsev A. G., Markochev V. M., Sugirbekov B. A. Statistical estimate of determining the critical temperature of brittleness for metal of the VVER-1000 reactor vessel using impact bending test data / Inorg. Mater. 2018. Vol. 54. No. 15. P. 55 – 63. DOI: 10.1134/s0020168518150074

13. Ipifia J. P., Berejnoy C. Analysis of specimen size conversion in ductile to brittle region of ferritic steels / Draft. 21st Eur. Conf. on Fracture, ECF21, Catania, Italy. 2016. P. 769 – 776.

14. Казанцев А. Г., Радченко М. В., Петров О. М. и др. Определение параметров метаемого тела при имитационных испытаниях на удар самолета транспортных упаковочных комплектов / Тяжелое машиностроение. 2022. № 7 – 8. С. 15 – 24.

15. Wallin K., Mahidhara R. K., Geltmatcher A. B., Sadananda K. Effect of strain rate on the fracture toughness reference temperature T0 for ferritic steels / Recent Advances on fracture. Proc. of a symposium held at the Annual Meeting of the Minerals, Metals and Materials Society. Orlando, United States. 1997. P. 171 – 182.

16. Григорьев В. В., Исаков С. Н., Петров Р. Л., Юркин С. В. Газодинамическое исследование пневматического линемета / Журнал технической физики. 2006. Т. 76. № 3. С. 75 – 81.