Abstract
LWRs must be designed against earthquakes, air plane crashes, chemical explosions, flooding, tsunamis and tornados. The design of LWRs against earthquakes must meet certain guidelines required by regulatory authorities. These distinguish between the design basis earthquake and the safe shut down earthquake. The design basis earthquake is the highest intensity earthquake which can occur according to scientific findings at the site of the nuclear power plant. In a safe shut down earthquake the fundamental safety functions of the LWR must remain fulfilled. The mechanical loads and stresses acting on nuclear power plants in an earthquake are determined by horizontal and vertical displacements and accelerations as well as the associated frequencies of vibration and the duration of the earthquake. Besides the rules recommended by regulatory authorities also two- and three-dimensional finite-element codes are employed on the mechanical analysis of the plant. Where horizontal or vertical displacements and the resultant stresses are too high, pipings and components may be supported by means of damping elements. Also the entire nuclear plant may be built on thousands of damping elements located in the foundation bottom concrete slab of the reactor building. LWR plants are designed against air plane (military or commercial) crashes into the plant. Impulse models and experiments form the basis for a shock load versus time curve which has to be applied for the design of the plant.
LWRs must also be designed against a given pressure wave resulting from chemical explosions in the vicinity of the plant.
The risk of flooding by a maximum-level flood must be taken into account on the basis of scientific findings about floods for the past 10,000 years. Similar requirements exist for tsunamis and for tornados.
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References
Smidt D (1979) Reaktorsicherheitstechnik, Sicherheitssysteme und Störfallanalyse für Leichtwasserreaktoren und Schnelle Brüter. Springer, Berlin
Regulatory Guide 1.60 (1973) Design response spectra for seismic design of nuclear power plants (Revision 1). http://pbadupws.nrc.gov/docs/ML0037/ML003740207.pdf
McGuire RK et al (2001) New seismic design spectra for nuclear power plants. Nucl Eng Des 203:243–257
Regulatory Guide 1.61 (2007), Damping Values for Seismic Design of Nuclear Power Plants (Revision 1). http://www.nrc.gov/reading-rm/doc-collections/reg-guides/power-reactors/rg/01-061/01-061.pdf
Résistance au séisme des installations nucléaires en France. http://fr.wikipedia.org/wiki/R%C3%A9sistance_au_s%C3%A9isme_des_installations_nucl%C3%A9aires_en_France
KTA 2201.1 (1990) Auslegung von Kernkraftwerken gegen seismische Einwirkungen, Teil 1. Grundsätze, Kerntechnischer Ausschuß (KTA). http://www.kta-gs.de/d/regeln/2200/2201_1.pdf
KTA 2201.1 (1990) Auslegung von Kernkraftwerken gegen seismische Einwirkungen; Teil 1: Grundsätze. http://www.kta-gs.de/e/standards/2200/2201_1e_2011_11.pdf
KTA 2201.4 (1990) Auslegung von Kernkraftwerken gegen seismische Einwirkungen – Teil 4: Anforderungen an Verfahren zum Nachweis der Erdbebensicherheit für maschinen- und elektrotechnische Anlagenteile, Fassung 6/90. http://www.kta-gs.de/d/regeln/2200/2201_4_2012_11.pdf
KTA 2201.5 (1996) Auslegung von Kernkraftwerken gegen seismische Einwirkungen – Teil 5: Seismische Instrumentierung, Fassung 06/96. http://www.kta-gs.de/d/regeln/2200/2201_5.pdf
RSK-Leitlinien für Druckwasserreaktoren (1996) Fassung 11.96, BAnz Nr. 214 vom 05.11.1996. http://www.rskonline.de/downloads/8110dwr.pdf
IAEA Safety Guide NS-G-3.3 (2002) Evaluation of seismic hazards for nuclear power plants. International Atomic Energy Agency, Vienna
IAEA Safety Guide NS-G-1.6 (2003) Seismic design and qualification for nuclear power plants. International Atomic Energy Agency, Vienna
DIN 4149 (2005) Bauten in deutschen Erdbebengebieten – Lastannahmen, Bemessung und Ausführung üblicher Hochbauten.
Eurocode 8 (2004) Design of structures for earthquake resistance. http://shop.bsigroup.com/Browse-By-Subject/Eurocodes/Descriptions-of-Eurocodes/Eurocode-8/
Kanai K (1961) An empirical formula for the spectrum of strong earthquake motions. Bull Earthq Res Inst 39:85–95
Werner SD (1976) Engineering characteristics of earthquake ground motions. Nucl Eng Des 36:367–395
Werner SD (1976) Procedures for developing vibratory ground motion criteria at nuclear plant sites. Nucl Eng Des 36:411–441
Leydecker G (1986) Erdbebenkatalog für die Bundesrepublik Deutschland mit Randgebieten für die Jahre 1000–1981. Geolog. Jg., Hannover E36, p 3–81
Ahorner L, Rosenhauer W (1978) Seismic risk evaluation for the Upper Rhine Graben and its vicinity. J Geophys 44:481–497
Mohrbach L (2011) Unterschiede im gestaffelten Sicherheitskonzept: Vergleich Fukushima Daiichi mit deutschen Anlagen. http://www.kernenergie.de/kernenergie/service/fachzeitschrift-atw/hefte-themen/2011/apr-mai/02_unterschiede-fukushima-deutsche-anlagen.php
Sadegh-Azar H et al (2009) Bautechnische Auslegung von Kernkraftwerken für Erdbeben. Atomwirtschaft 54(12):753–759
Henkel F-O et al (2009) Auslegung der Anlagenteile von Kernkraftwerken gegen Erdbeben – Stand und Tendenzen. Atomwirtschaft 54(12):760–766
Nakamura N et al (2008) Analyses of reactor building by 3D nonlinear FEM models considering basemat uplift for simultaneous horizontal and vertical ground motions. Nucl Eng Des 238:3551–3560
JEAG (1991) Technical guidelines for aseismic design of nuclear power plants. Japan Electric Association Guideline, Ministry of International Trade and Industry, Tokyo
Stellungnahme der RSK (2011) Anlagenspezifische Sicherheitsüberprüfung RSK(SÜ) deutscher Kernkraftwerke unter Berücksichtigung der Ereignisse in Fukushima (16.05.2011)
Forni M (2011) Seismic isolation of nuclear power plants, state of the art and future applications. Seminary at Karlsruhe Institute of Technology IKET, January 2011
Tang Y et al (2011) Seismic isolation for advanced fast reactors. Nucl Technol 173:135–152
Gundremmingen. http://www.kkwgun.de/
Okamura S et al (2009) Seismic isolation design for JSFR –, FR09. Paper No. IAEA-CN-176-08-28P, Kyoto, Japan, 7–11 December 2009
Kröger W (1978) Unterirdische Bauweise von Kernkraftwerken. Informationstagung: Die Sicherheit des Leichtwasserreaktors, Deutsches Atomforum, Mainz
Müller WD (1981) Kernkraftwerke unter die Erde (Leitartikel). Atomwirtschaft 5(81):289
Drittler K et al (1973) Zur Auslegung kerntechnischer Anlagen gegen Einwirkungen von außen, Teilaspekt: Flugzeugabsturz, Bericht IRS-W-7, Dez. 1973. Institut für Reaktorsicherheit der technischen Überwachungs-Vereine e.V. in Köln
Drittler K et al (1976) Calculation of the total force acting upon a rigid wall by projectiles. Nucl Eng Des 37:231–244
Drittler K et al (1976) The force from impact of fast-flying military aircraft upon a rigid wall. Nucl Eng Des 37:245–248
Nachtsheim W et al (1982) Interpretation of results of Meppen slab tests – comparison with parametric investigations. Nucl Eng Des 75:283–290
Riera JD (1968) On the stress analysis of structures subjected to aircraft impact forces. Nucl Eng Des 8:415–426
Riera JD (1980) A critical reappraisal of nuclear power plant safety against accidental aircraft impact. Nucl Eng Des 57:193–206
Ruch D (2010) Bestimmung der Last-Zeit-Funktion beim Aufprall flüssigkeitsgefüllter Stoßkörper. Dissertation, Karlsruhe Institut für Technologie (KIT), Fakultät Bauingenieur-, Geo- und Umweltwissenschaften
Bachmann P et al (1994) Bewertung der Ergebnisse der bei SANDIA durchgeführten japanischen Stoßversuche hinsichtlich der Sicherheit von Kernkraftwerken bei Flugzeugabsturz, Technischer Bericht, Gesellschaft für Anlagen und Reaktorsicherheit (GRS) mbH, 1994
von Riesemann WA et al (1979) Full-scale aircraft impact test for evaluation of impact forces. Part 1: Test plan, test method and test results. In: Transactions of 10th international conference on structural mechanics in reactor technology, p 285–294
IAEA-TECDOC-1391 (2004) Status of advanced light water reactor designs 2004. International Atomic Energy Agency, Vienna
Rebora B et al (1976) Dynamic rupture analyses of reinforced concrete shells. Nucl Eng Des 37:269–297
Wolf JP et al (1978) Response of equipment to aircraft impact. Nucl Eng Des 47:169–193
Stepan J (2009) Validation of aircraft FE model for impact analyses. In: 20th International conference on structural mechanics in reactor technology (SMIRT 20), Espoo, Finland, 9–14 August 2009. SMIRT 20-Division 4, Paper 1929
Stepan J (2007) Large commercial aircraft crash into the light-weight nuclear facility building. In: Transactions, SMIRT 19, Toronto, August 2007
Schlüter F-H (2014) Safety of German light-water reactors in the event of a postulated aircraft impact. In: Kessler G et al (eds) The risks of nuclear energy technology: safety concepts of light water reactors. Springer, Berlin
KTA 2207 (2004) Schutz von Kernkraftwerken gegen Hochwasser, Sicherheitstechnische Regel des KTA (Kerntechnischer Ausschuß), Fassung 11/04. http://www.kta-gs.de/d/regeln/2200/2207n.pdf
Tsunami. http://de.wikipedia.org/wiki/Tsunami
Newmark NM et al (1973) Seismic design spectra for nuclear power plants. J Power Div Am Soc Civ Eng 99:2
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Kessler, G., Veser, A. (2014). Light Water Reactor Design Against External Events. In: The Risks of Nuclear Energy Technology. Science Policy Reports. Springer, Berlin, Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-642-55116-1_7
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