Н. И. АРЛАМЕНКОВ1, В. Б. МАЛЫГИН, И. Д. СОЛОМАТИН1, М. В. ШЕВЕЛЕВ
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
1, Москва
ПОЛЗУЧЕСТЬ ОКСИДНОГО ЯДЕРНОГО ТОПЛИВА
С ДОБАВКАМИ ИМИТАТОРОВ ПРОДУКТОВ ДЕЛЕНИЯ
С целью обеспечения процедуры лицензирования новых конструкций твэл проведены исследования влияния накопления продуктов деления и плутония на характеристики ползучести диоксида. Проведено сравнение характеристик ползучести топлива с концентрацией продуктов деления, характерной для выгорания 60 ГВт. сут./тонну, и штатного топлива ВВЭР –1000. Показано, что накопление продуктов деления повышает скорость ползучести оксидного топлива.
Напряжения в оболочке твэла, его надежность и ресурс определяются сопротивлением деформированию топливного сердечника. Одним из показателей сопротивления деформированию является величина скорости ползучести. В процессе облучения характеристики ползучести изменяются вследствие накопления плутония и продуктов деления. Исследование свойств ядерного топлива при проектных выгораниях в процессе облучения сопряжено со значительными методическими трудностями, требует больших затрат времени и средств. По этой причине широкое распространение получили методики с использованием модельного ядерного топлива (МЯТ), легированного основными видами продуктов деления.
По физическому состоянию в топливе продукты деления (за исключением газообразных и летучих) можно разделить на три основных группы: продукты деления, образующие металлические включения (Ru, Rh, Pd, Mo, Tc и др.); продукты деления, образующие оксидные включения с кристаллической решеткой, отличающейся от флюоритной решетки диоксида урана (Rb, Cs, Ba, Sr, Zr, Mo и др.); продукты деления полностью (редкоземельные металлы, иттрий) или частично (Zr, Sr, Cs, Rb и др.) растворимые в оксидной матрице.
Для исследования ползучести методами порошковой металлургии изготовлены образцы МЯТ плотностью 94,5 % от теоретической, имитирующие выгорание 60 ГВт. сут./тонну. Нерастворимые металлы имитировались рубидием (1, 46 %), для образования нерастворимых оксидов вводился барий (1,32 %), растворимых оксидов – ниодим (2,6 %), частично растворимых – цирконий (0,88 %). Кроме того, образцы содержали плутоний в концентрации 1,34 %. Испытания проведены на установке «Плутон» [1] в интервале температур (1150 – 1С, при сжимающих напряжениях в 20 МПа.
Рис.1. Зависимость скорости ползучести от обратной температуры. ◇ - образцы МЯТ, D - диоксид урана штатной технологии без добавок. | На рис.1 представлена зависимость скорости ползучести от обратной температуры для модельного и штатного диоксида урана плотностью 95 % от теоретической. Энергии активации ползучести равны 332 и 382 КДж/моль для МЯТ и штатного топлива, соответственно. Значения энергии активации ползучести близки к энергиям активации диффузии катионов в диоксиде урана с составом, близким к стехиометрическому. |
Во всем исследованном интервале температур введение добавок для имитации изменения состава топлива при облучении повышает скорость ползучести. Увеличение скорости ползучести может быть связано с растворением в решетке добавок с валентностью меньше четырех и образованием примесных точечных дефектов, увеличивающих диффузионный массоперенос. Дополнительным фактором может служить выделение нерастворимых металлов по границам зерен и активация зернограничного скольжения. Полученные результаты будут использованы при обосновании работоспособности и ресурса твэлов при высоких выгораниях.
Работа выполнена по проекту 4.05-06.
Список литературы
1. , , Арламенков для исследования ползучести a-активного топлива //В кн. «Техника реакторного эксперимента», М.: Атомиздат, 1977.
2. Fuel of low resistance to strain / Bibilashvili, Yu. K., Malygin V. B., Kuznetsov, V. I., Pimenov Y. V., Novikov, V. V. // Proc. Conf. on IAEA: Technical Committee Meeting on Improved Fuel Pellet Material and Designs, Brussels, 20 – 24 October 2003.
