Эволюция структуры гидридов в облученном сплаве Э110 при термомеханических испытаниях, имитирующих закритические (предельные) режимы сухого хранения

28.03.2023 2023 - №01 Материалы и ядерная энергетика

Р.А. Курский Д.В. Сафонов О.О. Забусов А.С. Фролов Д.А. Мальцев А.В. Рожков А.А. Шишкин

https://doi.org/10.26583/npe.2023.1.09

Исследованы облученные образцы оболочек твэлов из сплава Э110 (Zr-1% Nb), подвергнутые термомеханическим испытаниям, имитирующим закритические условия сухого хранения отработавших твэлов ядерных реакторов ВВЭР-1000. В результате выдержки в течение 100 и 200 суток газонаполненных образцов при температуре 380 – 400°С и окружных напряжениях до 100 МПа сформировалась радиально-ориентированная структура гидридов. Микроструктурные исследования методами электронной микроскопии выявили незначительные изменения объемной доли вторичных фаз в процессе испытаний, при этом происходят увеличение объемной доли гидридов и отжиг радиационных дефектов. Испытания кольцевых образцов на одноосное растяжение при комнатной температуре показали, что в образцах после термомеханических испытаний с высокой долей радиальных гидридов наблюдается снижение характеристик пластичности материала по сравнению с облученным состоянием после эксплуатации.

Ссылки

1. Калинкин В.И., Крицкий В.Г., Токаренко А.И., Тихонов Н.С., Размашкин Н.В., Серова А.Л. Хранение отработавшего ядерного топлива энергетических реакторов. – Санкт-Петербург: АО «ВНИПИЭТ», 2009. – 124 с.
2. Billone M.C., Burtseva T.A., Einziger R.E. Ductile-to-brittle transition temperature for high-burnup cladding alloys exposed to simulated drying-storage conditions. // Journal of Nuclear Materials. – 2013. – Vol. 433. – PP. 431-448. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2012.10.002 .
3. Min S.J., Won J.J., Kim K.T. Terminal cool-down temperature-dependent hydride reorientations in Zr-Nb Alloy claddings under dry storage conditions. // Journal of Nuclear Materials. – 2014. – Vol. 448. – PP. 172-183. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2014.02.007 .
4. Aliev T., Likhanskii V., Evdokimov I. et al. Software Package for Safety Analysis of Dry Storage Regimes of Spent Russian Nuclear Fuel. / Intern. Conf. on WWER Fuel Performance, Modelling and Experimental Support. Nesebar (Bulgaria), 16-23 Sept. 2017. – PP. 381-386.
5. Никулин С.А. Циркониевые сплавы для ядерных энергетических реакторов. Жаропрочные и радиационностойкие. – М.: МИСиС, 2007. – 92 с.
6. Khatamian D., Ling V.C. Hydrogen solubility limits in α- and β -zirconium. // Journal of Alloys and Compounds. – 1997. – Vol. 253-254. – PP. 162-166. DOI: https://doi.org/10.1016/S0925-8388(96)02947-7 .
7. Rashid J., Machiels A. Threat of hydride re-orientation to spent fuel integrity during transportation accidents: Myth or reality? / Proc. of the 2007 International LWR Fuel Performance Meeting, San Francisco, California, Sep. 30 – Oct. 3. – 2007. – PP. 464-471.
8. Kamimura K. Integrity criteria of spent fuel for dry storage in Japan. / Proc. of the International Seminar on Spent Fuel Storage. Tokyo, Japan, Nov. 15 – 17. – 2010. – 30 p.
9. Курский Р.А., Сафонов Д.В., Рожков А.В. и др. Переориентация гидридов в необлученных оболочечных трубах из сплава Э110 в условиях, имитирующих длительное сухое хранение отработавшего ядерного топлива. // Физика металлов и металловедение. – 2021. – Т. 122. – № 9. – С. 924-932. DOI: https://doi.org/10.31857/S0015323021090072 .
10. Kurskiy R.A., Rozhkov A.V., Zabusov O.O. et al. Factors influencing reorientation of hydrides in unirradiated cladding tubes from E110 alloy under conditions of long-term dry storage of SNF. // Physics of Atomic Nuclei. – 2021. – Vol. 84. – No. 10. – PP. 1665-1671. DOI: https://doi.org/10.1134/S1063778821100203 .
11. Gurovich B.A., Frolov A.S., Kuleshova E.A. et al. TEM-studies of the dislocation loops and niobium-based precipitates in E110 alloy after operation in VVER-type reactor conditions. // Materials Characterization. – 2019. – Vol. 150. – PP. 22-30. DOI: https://doi.org/10.1016/j.matchar.2019.01.014 .
12. Гурович Б.А., Фролов А.С., Кулешова Е.А. и др. Деградация материалов оболочек твэлов на основе циркония в условиях эксплуатации реакторов типа ВВЭР. // Вопросы материаловедения. – 2018. – Т. 3. – № 95. – С. 191-205. DOI: https://doi.org/10.22349/1994-6716-2018-95-3-191-205 .
13. Woo O.T., Carpenter G.J.C. EELS characterization of zirconium hydrides. // Microscopy Microanalysis Microstructures. – 1992. – Vol. 3. – No. 1. – PP. 35-44. DOI: https://doi.org/10.1051/mmm:019920030103500 .
14. Курский Р.А., Рожков А.В., Забусов О.О. и др. Влияние термомеханического воздействия на структуру гидридов в облученных оболочечных трубах из сплава Э110 в условиях длительного «сухого» хранения отработавшего ядерного топлива. // Вопросы материаловедения. – 2022. – № 1 (109). – С. 199-214. DOI: https://doi.org/10.22349/1994-6716-2022-109-1-199-214 .
15. Шишалова Г.В., Кобылянский Г.П., Новиков А.М., Волкова И.Н. Определение содержания водорода в оксидных пёнках и в металле элементов конструкций из циркониевых сплавов ТВС водоохлаждаемых ЯЭУ. / Тез. докл. XI конференции по реакторному материаловедению. – Димитровград: АО «ГНЦ НИИАР», 2019. – С. 142-144.
16. Zielinski A., Sobieszczyk S. Hydrogen-enhanced degradation and oxide effects in zirconium alloys for nuclear applications. // International Journal of Hydrogen Energy. – 2011. – Vol. 36. – No. 14. – PP. 8619–8629. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2011.04.002 .
17. Кобылянский Г.П., Мазаев А.О., Никитин О.Н. и др. Cостояние топлива и оболочек твэлов реактора ВВЭР-1000 после термических испытаний в режиме сухого хранения. // Сборник трудов АО «ГНЦ НИИАР». – 2018. – Т. 3. – С.12-22.
18. Einziger R.E., Tsai H.C., Billone M.C., Hilton B.A. Examination of spent PWR fuel rods after 15 years in dry storage. / Proc. of the X-th Intern. Conf. on Nuclear Engineering. Arlington, Virginia, USA, April 14 – 18. – 2002. – PP. 351-358. DOI: https://doi.org/10.1115/ICONE10-22456 .

гидриды сухое хранение оболочка твэла сплавы циркония Э110

Ссылка для цитирования статьи: Курский Р.А., Сафонов Д.В., Забусов О.О., Фролов А.С., Мальцев Д.А., Рожков А.В., Шишкин А.А. Эволюция структуры гидридов в облученном сплаве Э110 при термомеханических испытаниях, имитирующих закритические (предельные) режимы сухого хранения. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2023. – № 1. – С. 108-120. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2023.1.09 .