Перестройка структуры топлива

Перестройка структуры топлива
D0
DC
Оболочка
RIM-слой
DР
DИ
62000
68400
Tp 
, Tc 
2,31 lg t  26
2,31 lg t  28
Dp ρ p  ρ и   Dс ρ c  ρ p   Dцо ρ и
2
Dц 
ρи
2
2
2
Условия образования RIM-структуры
120
Пороговое выгорание, МВт сут/кг
110
100
90
80
70
60
50
40
100
200
300
400
Температура, С
500
600
700
Структура сердечника
ИСХОДНАЯ СТРУКТУРА
RIM-СТРУКТУРА
6
600
Ширина слоя, мкм
Коэффициент теплопроводности, В/м К
Образование RIM - структуры
Т=400 С
4
400
600
1000
1400
2
200
1600
0
0
0
40
Среднее выгорание, ГВт сут/тU
80
Состояние продуктов деления
Продукты деления
Химическое и физическое
состояния
Вероятная
валентность
Zr и Nb*
Оксид в матрице топлива, некоторое количество Zr в
оксидной фазе щелочноземельных металлов
4+
Y и редкие земли**
Оксиды в матрице топлива
3+
Ba и Sr
Оксидная фаза щелочноземельных металлов
2+
Mo
Оксид в матрице топлива или в атомарном
состоянии металлических включений
4+ или 0
Ru, Te, Rh, Pd
Элементы в металлических
включениях
0
Cs, Rb
Пары химического элемента или отдельная оксидная
фаза в холодных областях топлива
1+ или 0
I, Te
Пары элементов. Возможно образование соединения с
Cz (CzI)
0 или 1+
Xe, Kr
Газ химического элемента
Распухание диоксида урана
25
Изменение объема, %
20
15
10
5
0
500
750
1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500
Температура, С
Уплотнение диоксида урана
1
Изменение объема, %
1
0
0
25
20
15
Выгорание, МВт сут/кг
10
5
3
2
4
-1
5
-2
Выход ГПД из оксидного топлива
Радиационная ползучесть
Скорость ползучести, 1/ч
1E-3
1E-4
1E-5
1E-6
1E-7
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
1000/Т, 1/К
Теплопроводность диоксида урана
5
Коэффициент теплопроводности, Вт/м К
0
4
3
3
5
2
1
0
500
1000
1500
Температура,
2000
С
2500
3000
Радиационный рост оболочек твэлов
Распухание сталей
0.6
Скорость распухания, %/СНА
1
0.4
2
0.2
3
0.0
350
4
450
Температура, С
550
650
1 — Х18Н10Т; 2 — ЭИ847; 3 — ЭП172; 4 — ЭП450
Изменение механических свойств
сплавов циркония
Изменение механических свойств
сталей
6
600
4
400
2
200
0
350
400
450
Температура, С
500
0
550
Предел прочности, МПа
1000
Пластичность, %
Предел прочности, %
800
100
10
0.1
1.0
10.0
Распухание, %
100.0
Радиационная ползучесть
оболочек ВВЭР
5
4
Деформация, %
3
3
2
2
1
1
0
0
4000
8000
12000
Время, ч
3.1014 (1), 5.1014 (2) и 1.1015 н/см2с (3); пунктирная линия — без облучения
Ползучесть сталей
Модуль ползучести, 1/МПа СНА
7E-6
6E-6
1
5E-6
4E-6
3E-6
3
4
2
2E-6
5
6
1E-6
0
300
400
500
600
Температура, С
1 — 0Х16Н11М3 МТО; 2 — 12Х18Н10Т МТО; 3 — 0Х16Н15М3Б;
4 — 0Х16Н15М3БР; 5 — 0Х16Н15М3БР ХД; 6 — 12Х13М2БФР