Zur Phänomenologie der Feinsrpartikelentstehung bei transientem mechanischem Energieeintrag in ungeordnete Festkörper

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Kommt es zu einer unkontrollierten Freisetzung von radioaktiven Stoffen, so stellt die aerosolgebundene Radioaktivität ein besonderes Gefährdungspotential dar. Infolge ihrer Größe können die Partikel durch atmosphärische Dispersion leicht über weite Strecken transportiert und inhaliert werden. Für die Analyse und Beurteilung der Sicherheit, bei der Beförderung und Lagerung sprödbrechender radioaktiver Feststoffe, sind deshalb fundierte Kenntnisse zur potentiellen Freisetzung radioaktiver Substanzen unter den Bedingungen einer äußeren Lasteinwirkung unerlässlich. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, phänomenologische Untersuchungen zur Bildung von Feinstaub sprödbrechender Materialien unter transienten mechanischen Energieeinträgen durchzuführen, die einerseits eine solide Datenbasis für die Sicherheits- und Konsequenzenanalyse generieren und andererseits vorhandene theoretische Modelle untermauern. Im Rahmen der Studien wurden drei unterschiedliche Fragmentierungsmechanismen untersucht:
• dynamische Fragmentierung
• quasistatische Fragmentierung
• hochdynamische Fragmentierung
Unter dem Prozess der dynamischen Fragmentierung sind Zerkleinerungsvorgänge zu verstehen, bei denen an unterschiedlichen Stellen im Körper an Inhomogenitäten Brüche initiiert werden, die schließlich zu einem Auseinanderbrechen des Körpers führen. Im Labor wurden dazu Proben mit einer Beschleunigungsapparatur gegen ein unnachgiebiges Hindernis geschossen und dadurch ein Fragmentierungsprozess eingeleitet. Der dabei generierte Feinstaub wurde mit einem von L. Mädler et al. [83, 85] entwickelten Verfahren zur direkten Bestimmung von Quelltermen in einem Partikelgrößenbereich zwischen 0,1 und 100 μm AED größenaufgelöst quantifiziert. Für Proben mit einer Masse von bis zu 490 kg wurde ein indirektes Verfahren eingesetzt. Die Methodik basiert auf einer partikelgrößen- und zeitaufgelösten Konzentrationsmessung innerhalb eines geschlossenen Kontrollvolumens. Bei diesem Versuchsaufbau beträgt die obere, gerade noch zu erfassende Partikelgröße 10 μm AED.