10.2. Повреждения твэл при эксплуатации.

При эксплуатации твэлов в активной зоне реактора происходит воздействие на них целого ряда факторов, среди которых наибольшее значение для разрушения твэла имеют:

• радиационные нарушения, связанные с нейтронным облучением, приводящим к образованию и накоплению в материалах твэла продуктов деления, взаимодействию нейтронов, осколков деления, - и - излучения с кристаллической решеткой ядерных и конструкционных материалов;

• коррозионные и эрозионные процессы, происходящие на поверхности твэла при длительном воздействии разогретого теплоносителя;

• диффузионные процессы, протекающие между материалами твэла, находящимися в контакте (между компонентами ядерного горючего, между ядерным горючим и оболочкой твэла);

• внутренние напряжения, возникающие в отдельных узлах твэла под действием внешних нагрузок, температурных перепадов, различия коэффициентов термического расширения материалов;

• резкие периодические температурные изменения и аллотропические превращения в материалах твэла.

Степень изменений, происходящих в твэле, зависит от интенсивности нейтронного облучения, температуры и длительности облучения, характера изменений облучения при изменении режима работы реактора, исходной структуры и свойств материалов твэла, от свойств теплоносителя, от конструктивного оформления твэла.

Наиболее часто встречающиеся повреждения твэлов имеют следующий характер.

1. Зашлаковывание – процесс накопления в активном объеме твэла стабильных или долгоживущих изотопов с высоким поперечным сечением захвата нейтронов, например, ¹⁴⁹Sm (сеч. захв. 5,3^.10⁴ барн)

2. Отравление активной зоны – процесс накопления в активном объеме твэла короткоживущих, сильно поглощающих нейтроны изотопов, ¹³⁵Xe, ¹³³Xe, ¹³¹J, ⁸⁹Sr.

3. Активация материалов – образование цепочек радиоактивных изотопов, обладающих той или иной степенью -активности, вследствие чего материалы после облучения в реакторе становятся -активными (наведенная радиация).

4. Изменение структуры и физико-механических свойств материалов ТВЭЛ - теплопроводности, электросопротивления, упругих, механических и др. Особенно резко эти изменения наблюдаются в ядерном горючем.

5. Внутренние напряжения – обусловлены действием статических, динамических и вибрационных нагрузок, структурными изменениями под облучением, неодинаковым температурным уровнем отдельных участков твэла, неравномерным энерговыделением по объему, температурными градиентами по сечению твэла. Могут привести к деформации твэла, растрескиванию горючих и конструкционных материалов, вызвать резкое повышение температуры и разрушение твэла.

6. Изменение формы и размеров ТВЭЛ. Проявляется в изменениях линейных размеров, формы, объема и состояния поверхности ядерного горючего. Обычно различают:

   • радиационный рост горючего без значительного уменьшения плотности;

   • газовое распухание – свеллинг, сопровождающееся значительным уменьшением плотности горючего;

   • рост горючего под влиянием резких периодических колебаний температуры при изменениях мощности, остановках и пусках реактора;

   • объемные изменения, связанные с аллотропными переходами горючего.

     7. Диффузионное взаимодействие материалов горючего и оболочки – нарушение целостности оболочки за счет взаимной диффузии компонентов горючего и оболочки в местах их контакта. Этот эффект накладывает ограничения на выбор материалов, температурные границы и длительность эксплуатации твэлов.

     8. Коррозионные и эрозионные процессы – коррозионные и эрозионные разрушения оболочки твэла в потоке разогретого теплоносителя.

     9. Перенос массы – повышенная растворимость отдельных компонентов конструкционных материалов твэла в теплоносителе в более нагретых местах циркуляционного контура и выпадение их в твердом виде в участках с пониженной температурой. Приводит к закупориванию проходных сечений теплоносителя.