Файловый архив студентов. Файловый архив студентов.
1261 вуз, 4606 предмет.
/ Регистрация
FAQ Обратная связь Вопросы и предложения
Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Национальный исследовательский ядерный университет (МИФИ)
Предмет:
[НЕСОРТИРОВАННОЕ]
Файл:

Калин Физическое материаловедение Том 6 Част 2 2008

.pdf
Скачиваний:
1236
Добавлен:
16.08.2013
Размер:
47.96 Mб
Скачать
☆

ний равновесия (между компонентами напряжения) и совместности деформации (между удлинением и перемещением), а также уравнений, описывающих законы деформации. Путем исключения переменных можно получить дифференциальное уравнение для напряжений и смещений в пределах приближенной теории сплошных сред. Математическая сложность этого уравнения и метода его решения зависят от таких факторов, как изменение свойств материала по радиусу (негомогенность), анизотропия свойств материала, вид граничных условий (многослойное взаимодействие, газовое давление), физические деформации, которые входят в закон совместности.

Система уравнений, описывающих поведение МТ, решается в сферической системе координат при определенных граничных и начальных условиях, соответствующих конкретному типу конструкции МТ. Например, для МТ с ПИУК-покрытием граничные условия определяются тем, что на внешнюю поверхность покрытия МТ действует давление матрицы или теплоносителя (в зависимости от конструкции), причем на границах между слоями покрытия радиальные деформации и напряжения являются непрерывными, а в случае расслоения радиальные напряжения равны нулю; на внутреннюю границу покрытия МТ действует давление газообразных и твердых продуктов деления, накапливающихся в МС. Технологические термонапряжения определяют начальные условия системы уравнений. Ее интегрирование с соответствующими начальными и граничными условиями позволяет определить НДС покрытия МТ в процессе эксплуатации последних в реакторе. Проведенные расчеты показывают, что наибольшее влияние на НДС покрытий МТ оказывают константа радиационной ползучести и скорость анизотропных размерных изменений пироуглерода под облучением. Использование критерия разрушения материала покрытия дает возможность также прогнозировать ресурс работы МТ.

Типичные результаты расчета зависимости напряжений в слоях ПИУК-покрытия МТ с микросферой из UO2 от флюенса быстрых нейтронов, сделанных в предположении, что перед началом облучения напряжения в слоях покрытия отсутствуют, показаны на рис. 24.357.

591

Рис. 24.357. Зависимость напряжений в слоях неразрушенного (а) и разрушенного (б) покрытийМТ с микросферой из UO2 от флюенса быстрых нейтронов:

1, 2 – внутренняя и внешняя поверхности слоя РуС2; 3, 4 – внутренняя и внешняя поверхности слоя PyC4; 5, 6 – внешняя и внутренняя поверхности слоя SiC3 (A – разрушение слоя)

На рис. 24.357, а видно, что по мере увеличения выгорания и флюенса быстрых нейтронов во внутреннем силовом слое PyC2 растут растягивающие напряжения, которые после достижения максимальных значений снижаются из-за релаксации напряжений вследствие радиационной ползучести. Во внешнем слое PyC4 растягивающие напряжения вначале также достигают максимума, а затем с ростом флюенса нейтронов сохраняют постоянное значение вследствие того, что жесткий слой SiC3 ограничивает его перемещение, причем напряжения уравновешиваются радиационной ползучестью. Радиационные изменения в слоях пироуглерода вызыва-

592

ют в слое SiC сжимающие напряжения, которые вначале увеличиваются, а затем уменьшаются с ростом флюенса нейтронов. Наличие сжимающих напряжений в слое SiC обеспечивает его высокую работоспособность в процессе выгорания топлива.

При разрушении внутреннего слоя PyC2 происходит скачкообразное изменение напряжений в остальных силовых слоях покрытия (рис. 24.357, б). Растягивающие напряжения в слое PyC4 и сжимающие напряжения в слое SiC3 уменьшаются. При разрушении внешнего слоя РуС4 сжимающие напряжения в слое SiC3 изменяют знак и становятся растягивающими, постепенно увеличиваясь с флюенсом нейтронов. При выгорании ~10 % тяжелых атомов они составляют 30 – 50 МПа, что существенно ниже предела прочности карбида кремния. Это свидетельствует о том, что разрушение слоев PyC2 и PyC3 не обязательно вызывает разрушения слоя SiC. Однако при этом возрастает вероятность повреждения этого слоя вследствие воздействия на него ядер отдачи, коррозии продуктами деления и взаимодействия с микросферой.

Контрольные вопросы

1.Что такое микротвэлы?

2.Какие преимущества обеспечивает дисперсное топливо на основе микротвэлов по сравнению с их насыпным слоем?

3.На каком уровне должна быть утечка продуктов деления из микротвэлов?

4.Какие параметры топливной микросферы влияют на сохранение целостности покрытия микротвэлов и выход из них продуктов деления?

5.Назовите типы покрытий и функциональное назначение входящих в них слоев.

6.Каковы должны быть оптимальные структура, толщина и плотность защитных слоев?

7.Какие топливные материалы применяются в микротвэлах?

8.Дайте характеристику совместимости оксидов и карбидов урана с углеродом в микротвэле.

9.Опишите структуру пироуглерода?

10.Какова микроструктура НТИ- и ВТИ-пироуглерода?

11.Чем характеризуется анизотропия пироуглерода?

593

12.Какие факторы определяют радиационную стабильность покрытий из пироуглерода?

13.Как изменяется плотность плотных пироуглеродных покрытий с выгоранием?

14.Какими оптимальными свойствами должно обладать покрытие из карбида кремния?

15.Как влияет облучение на свойства карбида кремния?

16.Какие продукты деления хуже всего удерживаются пироуглеродными покрытиями?

17.Каково химическое состояние продуктов деления в оксидных и карбидных топливных микросферах?

18.Назовите основные механизмы миграции продуктов деления и источники их утечки из микротвэлов.

19.Как можно снизить выход твердых продуктов деления из микро-

твэла?

20.От каких факторов зависит давление газов в микротвэлах?

21.Что понимают под «амебным эффектом» в микротвэлах?

22.Какие причины вызывают миграцию топливных микросфер в микротвэлах?

23.Каким образом можно подавить миграцию топливных микросфер

вмикротвэлах?

24.Почему возможна коррозия слоя карбида кремния продуктами деления?

25.Какие элементы взаимодействуют с карбидом кремния, и в чем заключается повреждающее воздействие?

26.Каким образом можно подавить процесс коррозии слоя карбида кремния?

27.Какие напряжения возникают в покрытиях микротвэла?

28.Назовите основные постулаты расчетной модели напряженнодеформированного состояния микротвэла.

594

Список литературы

1.Холден А.Н. Физическое металловедение урана. / Пер. с англ. – М.: Из-во Лит. по чер. и цвет. мет., 1962. – 268 с.

2.Сергеев Г.Я., Титова В.В., Борисов К.А. Металловедение урана и некоторых реакторных материалов. – М.: Атомиздат, 1960. – 224с.

3.Сокурский Ю.Н., Стерлин Я.М., Федорченко В.А. Уран и его сплавы. – М.:

Атомиздат, 1971. – 448 с.

4.Займовский А.С., Калашников В.В., Головнин И.С. Тепловыделяющие элементы атомных реакторов. – М.: Атомиздат,1960. – 520с.

5.Б. Фрост. Твэлы ядерных реакторов. / Пер. с англ. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 248 с.

6.Плутоний. Фундальные проблемы. / Пер. с англ. /Под ред. Б.А. Надыкто и Л.Ф. Тимофеевой. В 2-х томах. – Саров, 2003. – 495 с.

7.Скоров Д.М., Бычков Ю.Ф., Дашковский А.И. Реакторное материаловедение. – 2-е изд. перераб. и доп. – М.: Атомиздат, 1979. – 344с.

8.Оlander D. Fundamental Aspects of Nuclear Reactor Fuel Elements, DOE-TIC.

Р. 287.

9.Дегальцев Ю.Г., Пономарев-Степной Н.Н., Кузнецов В.Ф. Поведение высокотемпературного топлива при облучении. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 208 с.

10.Котельников Р.Б. и др. Высокотемпературное ядерное топливо. – М.:

Атомиздат, 1978. – 367с.

11.Разработка, производство и эксплуатация тепловыделяющих элементов ядерных реакторов. В 2-х кн. Кн. 1 и 2 / Ф.Г. Решетников, Ю.К. Бибилашвили, И.С. Головнин и др./ Под ред.Ф.Г. Решетникова. – М.: Энергоатомиздат, 1995. –

335с. + 317 с.

12.А.Г. Самойлов, В.С. Волков, М.И. Солонин. Тепловыделяющие элементы ядерных реакторов: Учебник для вузов. – М.: Энергоатомиздат, 1996. – 400 с.

13.A. Naoumidis. H.Nickel. Carbide and Nitride Nuclear Fuels. // Gmelin Handbook of Inorganic Chemistry. 8th Edition.-Frankfurt am Main, 1982. Р. 139 – 258.

14.Рогозкин Б.Д., Степеннова Н.М., Прошкин А.А. Мононитридное топливо для быстрых реакторов.// Атомная энергия, 2003. Т. 95. Вып. 3. с. 208 - 221.

15.Дисперсионные твэлы. В 2 т. Т.1 Материалы и технология / А.Г.Самойлов, А.И. Каштанов, В.С. Волков. – М.: Энергоиздат, 1982. – 224 с.

16.Дисперсионные твэлы. В 2-х т. Т. 2. Конструкция и работоспособность / А.Г.Самойлов, А.И. Каштанов, В.С. Волков. – М.: Энергоиздат, 1982. – 256 с.

17.Черников А.С., Макаров В.М., Махова В.А. и др. Высокотемпературные газоохлаждаемые реакторы за рубежом. Вып. 1–5. Обзорная информация. АИНФ

471.М.: ЦНИИатоминформ, 1978.

595

Предметный указатель

АДУ-процесс 180, 181, 195, 200, 202, 203, 207

Активный слой 480, 488 Аллотропические превращения 151, 441

урана 32

плутония 145, 149 – 151

Амебный эффект 574 Анизотропия пироуглерода 529 Атмосфера спекания 197 АУК-процесс 180, 181

Бамбуковый эффект 385

Взаимодействие: в системе:

уран–алюминий 114 уран–железо 116 уран–коррозионно-стойкая сталь

116

уран–никель 118 уран–плутоний–азот 413 уран-фиссиум–коррозионно- стойкая сталь 117 уран–цирконий 115 уран–тугоплавкие металлы 119 оболочки твэла с продуктами деления 321, 403

Вибрационный рассев 193

Виброуплотнение 226, 332, 393, 394, 397, 398

Виброуплотненные твэлы 185, 217, 218, 221, 222

Виброуплотненное топливо производство 222 Возврат 58 Выгорание 17

Выгорающий поглотитель нейтронов 15 Выход продуктов деления: 10 газообразных из топлива

–карбидного 388 – 398

–нитридного 426 – 429

– оксидного 333 из микротвэлов 567

Выход осколочных элементов при делении ядер урана 10, 547

Гамма-сплавы в атомной энергетике

103

Гомогенизация 193 Гранулирование 193, 195 Гранулированное оксидное топливо

217 Гранулят 222, 223, 224, 225, 226

Давление пара 241, 292, 362, 548, 551

Двойные сплавы 100 Двухстадийное низкотемпературное спекание 199 Дезинтегратор 193

Делящиеся материалы 443, 444, 445 Дефекты:

выветривания 211, 212 спекания таблеток 211 Диаграмма состояния систем:

Pu–Al 158

Pu–Ce 159

Pu–Fe 161

Pu–Ga 160

Pu–U 162

Pu–Zr 161

U-Al 70 U-Al-Fe 78 U-Cr 73 U-Fe 72 U-Mg 73 U-Mo 74, 75 U-Nb 76 U–Pu–Zr 163 U-Si 71 U-Zr 77

плутоний–кислород 229, 230 плутоний–азот 413 плутоний–углерод 343 уран–кислород 226 – 229

596

уран–плутоний–кислород 230 – 231

уран–азот 412 уран–плутоний–углерод 344 уран–углерод 340

Диоксид урана UO2 227, 229 Дисперсная композиция:

U3О8-Al 474

U-Al-Me (Me = Si, Zr, Sn) 469 UAlx-Al 461

UO2 – коррозионно-стойкая сталь

480 UO2-Al 470 UO2-W 493

UО2-Mo 495

Дисперсное ядерное топливо: 430 на основе микротвэлов 503

сматрицей из

–алюминия 460 – 476

–аустенитной стали 480 – 491

–магния 477 – 479

–никеля 491, 492

–тугоплавких металлов 492 – 496

соксидной матрицей 496 – 500 свойства 447 – 449 свойства материалов матрицы 440

–443

свойства топливных материалов

443 – 446

Диффузионная подвижность 263, 264, 550, 551, 557, 562, 565, 566

Диффузия 10, 37, 100, 109, 115, 197, 264, 302, 303, 305, 316, 356, 359, 361, 364, 433, 450, 452, 523, 553, 556, 557, 560, 562, 563, 564, 565, 576, 579, 581

азота в нитриде урана 418 актиноидов в карбидах 358 в карбидном топливе под облучением 364

компонентов топлива в карбиде урана 357 углерода в карбидах 360 урана и плутония 417

Доспекаемость 178, 199, 216

Жеванность 49, 52, 125 Жидкометаллические сплавы 164

Закалка 40, 42, 47, 52, 58, 61, 62, 65, 66, 81, 83, 99, 101, 112, 124, 125, 127, 135, 163

урана 61

Закись-окись урана U3O8 228 Закон аддитивности (Коппа – Ноеманна) 247 Затравка 190, 225

Зернограничная диффузия 197, 359

Идеальная структура ДЯТ 433 Изменение:

размеров 121, 170, 171, 531, 533, 534, 535, 590

структуры урана при ЦТО 54 твердости при облучении 365 теплопроводности 35, 365, 417, 483

Изотопный состав 25, 142, 143, 144, 168

Изохронный отжиг радиационных дефектов 169 Испарение топлива:

карбидного 361,362 оксидного 9, 240 Испарение – конденсация 289 Источники утечки продуктов

деления из топлива ВТГР 552

Кавитационное распухание 108 Карбид кремния 542 Карбидное топливо 339

состояние и миграция продуктов деления 398 – 401 Карботермический метод 407 Кинетика перераспределения пористости 293 Кислородный потенциал 9, 189, 198,

210, 234, 235, 238, 301, 306, 320, 336, 338

влияние выгорания 313 – 315 Классификация:

рассевом 194

597

ядерного топлива 15

Конверсия 179, 180, 181, 183, 193, 224

Коррозионная стойкость плутония 155 покрытий микотвэлов 582 урана 108 Коэффициент:

воспроизводства 20, 21, 157, 176, 519

теплопроводности 34, 354, 355, 416, 448, 545

термического расширения 36, 146, 173, 174, 246, 351, 415, 444, 448, 529

Кристаллическая структура: 231 модификаций урана 32

Легирующие элементы 15 при спекании оксидного топлива

204

Материалы матриц 440, 441 Мелкогранульная фракция 200 Метод:

гелеобразования

–внешнего 218

–внутреннего 218 карботермический 407

Методы:

нанесения пироуглеродных покрытий 524

получения 140, 173, 336, 414

топливных микросфер 518 Механизм:

Ван-Аркеля 586 деформации в α-уране 43

деформации урана при ЦТО 57 миграции и утечки продуктов деления из топлива ВТГР 555

распухания карбидного топлива

386

Механические свойства 9, 15, 19, 38, 39, 40, 41, 55, 79, 137, 140, 148, 154, 221, 265, 267, 337, 345, 366, 376, 406, 414, 442, 464, 469, 471,

482, 497, 501, 520, 531, 533, 545, 590

топлива

–карбидного 345

–нитридного 414

–оксидного 265 плутония 148 урана 38

Миграция: 5, 10, 54, 300, 306, 316, 328, 420, 553, 554, 556, 557, 570, 573, 574, 576, 577, 578, 579

газообразных продуктов деления

326

ПД в топливе ВТГР 555

пор 285, 289, 290

продуктов деления 315, 458 топлива в микротвэлах 573

Микроструктура 9, 27, 45, 63, 81, 87, 104, 139, 186, 200, 217, 232, 295, 431, 525, 560, 593

Микротвэл 503 (9, 10, 11, 16, 17, 504, 506, 508, 510, 513, 516, 517, 522, 523, 541, 565, 567, 572, 573, 582, 588, 590, 593, 594)

коррозия покрытий 582 – 588 напряженно-деформированное состояние 588 – 593 утечка ПД 567 – 573

Микротрещины 139, 152, 153, 186, 527, 540, 544

в плутонии 151 Модельное ядерное топливо (МЯТ) 249, 250

Монооксид урана 29, 227

МОХ-топливо 176, 184, 220, 232, 238, 243, 244, 247, 249, 251, 254, 255, 256, 262, 276, 277, 283, 284, 287, 288, 293, 294, 300, 315, 318, 319, 325, 331, 335, 337

Накопление гелия 170 Напряженно-деформированное состояние микротвэлов 588

Нестехиометрия 176, 232, 245, 255, 256, 258, 259, 264, 265, 268, 271, 272, 274, 378, 452, 453, 455

598

Нитридное топливо 406 Нормированный уран 85, 86, 129, 136

Обезгаживание 205 Объемное распределение пор 205, 206

Окисление коррозионно-стойкой стали 319 Окислительное шлакование 105 Окружные трещины 211, 213

Оксиды U4O9 и U3O7 227 Оксидное ядерное топливо 175

миграция продуктов деления 315

– 319

рост зерен

–равноосных 295

–столбчатых 294

состояние продуктов деления 306

– 313

Остаточные фазы в плутонии 151

Отношение О/М 176, 188, 197, 198, 199, 232, 256

Отсеивание 193

Перепрессовка 196 Перераспределение актиноидов 240, 304, 306, 338, 401

Перераспределение кислорода 3, 10, 300, 302, 303, 338

Перестройка структуры 293, 337, 362, 388, 389, 425, 439

топлива

–карбидного 387, 388

–нитиридного 425, 426

–оксидного 283 – 287 Пироуглеродные покрытия 509, 524

типы 509 назначение слоев 510 – 512

толщина слоев 512 – 518 методы нанесения 524

Плотность 20, 23, 33, 34, 59, 128, 134, 135, 141, 145, 146, 148, 151, 152, 153, 154, 170, 173, 175, 177, 178, 179, 186, 187, 188, 189, 190, 191, 192, 195, 196, 198, 199, 200,

201, 202, 203, 204, 212, 213, 215, 216, 217, 221, 222, 225, 226, 227, 228, 251, 257, 261, 268, 275, 281, 282, 283, 287, 298, 299, 306, 308, 325, 339, 340, 341, 344, 351, 353, 354, 355, 377, 380, 381, 382, 383, 393, 394, 396, 397, 398, 399, 405, 406, 408, 411, 412, 415, 418, 421, 424, 428, 430, 444, 445, 457, 462, 469, 470, 474, 480, 485, 492, 493, 495, 497, 498, 507, 508, 509, 510, 511, 515, 517, 518, 520, 521, 525, 526, 527, 530, 531, 532, 534, 536, 538, 540, 542, 543, 544, 546, 555, 559, 560, 561, 572, 593, 594

спрессованных таблеток 200 Плутоний 139 изотопный состав 142 самооблучение 168 Плутоний-ториевое 520

Поведение твердых продуктов деления 10, 399 Подготовка порошка к прессованию

193

Покрытия из карбида кремния 542, 543, 546

Получение: карбидных слоев 543

металлического плутония 140 нитридного топлива 407

–из исходных металлов 409

–карботермическим методом 407 оксидного топлива 177

–гранулированного 217

–таблеток 191

плутония 140 порошков

–UO2 178

–PuO2 178

–(U,Pu)О2 178

урана 27

Порообразователь 187, 193

Поры: 54, 58, 114, 132, 133, 135, 139, 152, 153, 187, 192, 200, 204, 206, 207, 208, 210, 216, 283, 285, 286, 288, 289, 290, 292, 293, 297, 298,

599

305, 306, 385, 387, 388, 393, 395, 425, 426, 429, 452, 470, 489, 509, 527, 535, 544, 551, 556

в оксидном топливе 287, 291 Правило Маркина–Мак-Ивера 239 Пресс-порошок 193 Прессование таблеток 193, 195, 196 Пристанционный замкнутый цикл

226

Производство: виброуплотненного топлива 222 гранулированного топлива 217 порошка UO2 179

таблеток нитридного топлива 411 таблеток оксидного топлива

–контрольные операции 214

–ядерного топлива 13 Процесс

AUPuC 184 DСFВ 180 GECO 181

IDR 181, 182, 206

Прочностные свойства 346, 460, 463, 465, 471, 527, 545

Прочность и пластичность 39, 266, 443

Прочность агломератов 192

Радиальное распределение ГПД

390, 426

Радиационная ползучесть: 10, 120, 136, 137, 275, 276, 363, 421, 589,

топлива

–карбидного 362 – 364

–нитиридного 421, 422

–оксидного 275 – 278 урана 136

Радиационная стойкость дисперсного ядерного топлива

457 – 460

пироуглерода 533 карбида кремния 545

Радиационное доспекание 10, 297 Радиационное распухание:

монокарбида урана 378 топлива

–карбидного 377 – 386

–нитридного 422

–оксидного 324 смешанных карбидов 381 урана и его сплавов 127, 129

Радиационный рост урана 121 – 127, 174

Распределение: 10, 25, 166, 187, 191, 193, 194, 195, 207, 217, 234, 240, 243, 250, 257, 293, 294, 295, 300, 302, 303, 305, 306, 317, 328, 329, 332, 337, 338, 361, 380, 383, 389, 398, 399, 401, 403, 426, 436, 438, 449, 499, 530, 544, 556, 590 плутония 304, 402, 404

пор

–по размерам 206, 216, 298

–объемное 205

Распухание: 10, 19, 103, 104, 108, 168, 174, 186, 211, 287, 306, 316, 324, 326, 327, 330, 331, 332, 335, 338, 345, 377, 378, 379, 380, 381, 384, 385, 386, 422, 423, 424, 438, 439, 442, 457, 458, 459, 460, 486, 489, 491, 498, 501, 515, 535, 536, 545

урана и его сплавов 127 – 136

Расслоение 196, 211, 403, 441, 555, 591

Растрескивание 58, 132, 133, 141, 142, 186, 191, 192, 196, 199, 203, 217, 267, 268, 283, 284, 347, 396, 426, 471, 487, 488, 522, 554, 555, 588

Реакция Будуара 576 Реальная структура ДЯТ 438

Рекристаллизация 30, 48, 55, 57, 58, 59, 60, 62, 65, 66, 68, 123, 124, 127, 135, 139, 154, 207, 208

Самодиффузия компонентов топлива

–карбидного 356 – 361

–нитиридного 417, 418

–оксидного 264 – 265 урана 37

600

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]
Помощь Обратная связь Вопросы и предложения Пользовательское соглашение Политика конфиденциальности