Модель осевого взаимодействия нитридной топливной таблетки с оболочкой твэла быстрого реактора вследствие заклинивания

20.12.2024 2024 - №04 Моделирование процессов в объектах ядерной энергетики

В.И. Фоломеев С.М. Ганина А.Г. Исаков Л.М. Забудько Е.Е. Мариненко

https://doi.org/10.26583/npe.2024.4.14

При проведении послереакторных исследований нитридных твэлов, облученных в составе экспериментальных сборок реактора БН-600, отмечены заметное превышение в длине и более высокая эллипсность оболочки твэлов со смешанным нитридным уран-плутониевым топливом по сравнению с оксидными твэлами. Проведенный анализ позволяет утверждать, что это происходит вследствие локального механического воздействия на оболочку со стороны топливных таблеток. Причиной термомеханического взаимодействия топлива с оболочкой может являться несоосность топливных таблеток, их заклинивание, растрескивание таблеток в результате действия термических напряжений при выходе реактора на мощность и последующее заклинивание крупных топливных фрагментов в оболочке. Предлагается к рассмотрению модель заклинивания топлива, которая предполагает взаимодействие оболочки и топлива в каждом расчетном слое по высоте активной зоны через осевую силу. Осевая сила определяется из условия равновесия радиального сечения оболочки и топлива и обеспечивает соблюдение условия заклинивания (одинаковый прирост осевой деформации). Представленные результаты верификации модели заклинивания по результатам ПРИ экспериментальной ЭТВС-11 БН-600 показывают, что модель позволяет воспроизвести величину удлинения оболочки твэлов. Экспериментальная сборка ЭТВС-11 с твэлами типа реактора БРЕСТ-ОД-300 с оболочкой из стали ферритно-мартенситного класса ЭП823-Ш и смешанным нитридным уран-плутониевым топливом облучена в реакторе БН-600 до максимального выгорания 9% т.а., максимальной повреждающей дозы 107.6 сна.

Ссылки

1. Грачев А.Ф., Забудько Л.М., Глушенков А.Е., Иванов Ю.А, Киреев Г.А., Скупов М.В., Гильмутдинов И.Ф., Гринь П.И., Звир Е.А., Крюков Ф.Н., Никитин О.Н. Исследования смешанного нитридного уран-плутониевого топлива в рамках проекта ПРОРЫВ. // Атомная энергия. – 2017. – Т. 122. – Вып.3. – С. 156 – 167.
2. Kryukov F.N., Belyaeva A.V., Skupov M.V., Zabudko L.M., Mochalov Yu.S. Results of post-irradiation examinations of mixed nitride pins with gas and liquid metal sub-layers. // Nuclear Engineering and Design. – 2021. – Vol. 384, 111463. DOI: https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2021.111463
3. Zabudko L.M., Grachev A.F., Zherebtsov A.A., Lachkanov E.V., Mochalov Yu.S., Skupov M.V., Ivanov Yu.A., Kryukov F.N., Zvir E.A. Status on performance study of mixed nitride fuel pins of BREST reactor type. // Nuclear Engineering and Design. – 2021. – Vol. 384, 111430. DOI: https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2021.111430
4. Kerrisk F., Barner J.O., Petty R.L. Cladding ovalities in advanced liquid-metal fast breeder reactor fuel elements. // Nuclear Technology. – 1976. – Vol. 39. – PP. 361 – 375. DOI: https://doi.org/10.13182/NT76-A31650
5. Tanaka K., Maeda K., Katsuyama K., Inoue M., Iwai T., Arai Y. Fission gas release and swelling in uranium-plutonium mixed nitride fuels. // J. Nucl. Mater. – 2004. – Vol. 327. – No. 1. – PP. 77 – 87. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2004.01.002
6. Fromont M., Lamontagne J., Asou M., Aubrun I. Behaviour of Uranium-Plutonium Mixed Nitride and Carbide Irradiated in Phenix. / Proceedings of GLOBAL-2005, October 9 – 13, 2005, Tsukuba, Japan, no. 329.
7. Лихачев Ю.И., Попов В.В., Николаев В.А., Хмелевский М.Я., Калинин В.В., Филиппов В.Н. Оценка удлинения оболочки твэла РБМК при циклических изменениях мощности. // Атомная энергия. – 1981. – Т. 51. – Вып. 6. – С. 362 – 366.
8. Тутнов А.А., Ульянов А.И. Термомеханика твэлов энергетических реакторов. // Атомная энергия. – 1987. – Т. 62. – Вып. 5. – С. 326 – 333.
9. Лихачев Ю.И., Пупко В.Я. Прочность тепловыделяющих элементов ядерных реакторов. – М.: Атомиздат, 1975, 278 c.
10. Ganina S.M., Folomeev V.I., Marinenko E.E., Zabudko L.M. Problems of Calculation Modelling of Nitride Fuel Performance: DRAKON Code / International Conference on Fast Reactors and Related Fuel Cycles: Next Generation Nuclear Systems for Sustainable Development (FR17), (Proc. Int. Conf., Yekaterinburg, 2017), IAEA, Vienna (2018), Paper CN245 63. URL: https://inis.iaea.org/collection/NCLCollectionStore/_Public/49/085/49085765.pdf?r=1 (дата доступа 10.06.2024).
11. Ганина С.М., Забудько Л.М., Мариненко Е.Е., Фоломеев В.И. Метод расчета напряженно-деформированного состояния цилиндра при аппроксимации скоростей напряжений и перемещений квадратичными функциями радиуса. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2023. – № 1. – С. 121 – 131. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2023.1.10
12. Тимошенко С.П. Сопротивление материалов. Том 2. Более сложные вопросы теории и задачи. – М.: Наука, 1965, стр.173, 192.
13. Лурье А.И. Теория упругости. – М.: Наука, 1970, стр. 335–336.
14. Адамов Е.О., Беляева А.В., Грачев А.Ф., Забудько Л.М., Иванов Ю.А., Крюков Ф.Н., Лачканов Е.В., Мариненко Е.Е., Мочалов Ю.С., Поролло С.И., Скупов М.В. Основные итоги выполнения комплексной программы расчетно-экспериментального обоснования твэлов со смешанным нитридным уран-плутониевым (СНУП) топливом реакторов БН-1200 и БРЕСТ. // Атомная энергия. –2021.– Т.131. – Вып.5. – С. 265 – 270.

смешанное нитридное уран-плутониевое топливо заклинивание твэл топливная таблетка послереакторные исследования удлинение напряженно-деформированное состояние (НДС) модель верификация

Ссылка для цитирования статьи: Фоломеев В.И., Ганина С.М., Исаков А.Г., Забудько Л.М., Мариненко Е.Е. Модель осевого взаимодействия нитридной топливной таблетки с оболочкой твэла быстрого реактора вследствие заклинивания. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2024. – № 4. – С. 168-179. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2024.4.14 .