Моделирование кинетики коррозии циркониевых сплавов
в условиях реактора ВВЭР-1000
, , ёлов, ,
ГОУ ВПО Ульяновский государственный университет, г. Ульяновск, slava@sv.uven.ru
Получение и накопление экспериментальных данных по коррозии циркониевых сплавов и построение моделей данного процесса важно как для разработки рекомендаций по совершенствованию технологии производства изделий из этого материала, так и для оптимизации условий его эксплуатации и определения ресурса изделий.
В работе исследовалось распределение толщины оксидной пленки по длине твэл, изготовленных из сплава Э635, в условиях реактора ВВЭР-1000. Были получены данные для твэлов после эксплуатации в течении 3 лет. Толщину оксидной пленки на оболочке твэла неразрушающим методом измеряли на приборе «Fisherscop», оснащенном накладным ВТ-датчиком.
Для описания экспериментальных данных была использована математическая модель двухстадийного роста оксидной пленки на поверхности твэла [1]. На первой стадии рост оксидной пленки происходит по закону:
dS/dt = C1 exp (-Q1/RT)/3S2, (1)
где S –толщина оксида; Q1 (16250 K)– энергия активации в допереходный период; C1 – частотный фактор. По достижении толщина оксида порядка 3 мкм кинетика роста принимает линейный характер:
dS/ dt = C2 exp (-Q2/RT), (2)
Из обработки экспериментальных данных была найдена энергия активации, характеризующая стадию линейного роста: Q2=11013 K.
Распределение температуры поверхности оксид-металл по высоте активной зоны вычислялось с помощью выражения:
, (3)
где T0– температура теплоносителя на входе в технологический канал (ºС); Gk – расход теплоносителя, cp – удельная теплоемкость теплоносителя, f – площадь поперечного сечения топлива, 
– удельное тепловыделение по высоте активной зоны, α – коэффициент теплоотдачи от оболочки к теплоносителю; j – удельный тепловой поток с единицы площади поверхности оболочки твэла; k=1,6 – теплопроводность (Вт м-1 К-1).
На рисунке приведены результаты моделирования коррозии твэла из сплава Э635
в условиях эксплуатации ВВЭР-1000 (S – толщина окисла, z – расстояние от нижней части твэл).
Рис. Моделирование коррозии оболочки твэла на различных временных этапах: 1 – 1 год; 2 – 2 года;
3 – 3 года; 4 – 4 года
Список литературы
[1] «Waterside corrosion of zirconium alloys in nuclear power plants», IAEA-TECDOC, Vienna (1998).
