Влияние нейтронного облучения на структурно-фазовое состояние и распухание композиций PuO2+MgO и (Pu, Zr)N

• Автор: Кузьмин, Сергей Валерьевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Ульяновск
• Количество страниц: 114 с. : ил.

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ И СПЕЦИАЛЬНЫХ ТЕРМИНОВ IMF - топливо с инертной матрицей
GNEP - глобальное партнерство в области использования ядерной энергии (Global Nuclear Energy Partners ship)
MC и MN - карбид и нитрид металла АЗ - активная зона
ГИАЭ - глобальная инфраструктура атомной энергетики ГПД - газовые продукты деления КВ - коэффициент воспроизводства МА - младшие актиниды (minor actinides)
ОЯТ - отработавшее ядерное топливо
РСМА - рентгеноспектральный микроанализ
СЭМ - сканирующая электронная микроскопия
Твэл - тепловыделяющий элемент
т.а. - тяжелые атомы
ТП - теоретическая плотность
ТПД - твёрдые продукты деления
Ц.а.з. центр активной зоны (половина высоты топливного столба)

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ДАННЫХ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
ИССЛЕДОВАНИЯ
1Л. Актуальность и состояние вопроса по трансмутации минор-актинидов Л
1.2. Основные требования к облучаемым композициям в инертных
матрицах
1.3 Особенности проявления разных видов распухания
1.4. Модельные представления для расчета общего распухания топлива
1.5. Результаты наиболее схожих облучательных экспериментов
Основные выводы главы 1 и постановка задачи исследований
ГЛАВА 2. ХАРАКТЕРИСТИКА ТОПЛИВА, ТВЭЛОВ, УСЛОВИЙ ОБЛУЧЕНИЯ И МЕТОДОВ ПОСЛЕРЕАКТОРНЫХ
ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1. Исходные характеристики топливной композиции Ри02-М£0
2.2. Исходные характеристики топливной композиции (Ри, 2г)И
2.3. Конструкция экспериментальных твэлов реактора БОР
2.4. Условия облучения экспериментальных твэлов
2.5. Метод определения содержания и состава газовой фазы под оболочкой твэла
2.6. Метод определения содержания газовых продуктов деления в топливе
2.7. Метод определения плотности топливных композиций
2.8. Методы исследования микроструктуры топлива
2.9. Метод исследования фазового состояния топливных композиций
2.10. Метод исследования локального элементного состава топлива
2.11. Гамма-сканирование твэлов
ГЛАВА 3. ОСОБЕННОСТИ СТРУКТУРНО-ФАЗОВОГО СОСТОЯНИЯ ТОПЛИВНОЙ КОМПОЗИЦИИ 40% Ри02 + 60% М%0 ПОСЛЕ ОБЛУЧЕНИЯ В РЕАКТОРЕ БОР

3.1 Содержание и состав газовой фазы под оболочкой твэлов и в топливном сердечнике
3.2. Исследование микроструктуры топливной композиции 40% Ри02 + 60% М§0 методами металлографии и фрактографии
3.3. Результаты исследований элементного состава топливной композиции 40% Ри02 + 60% МёО
3.4. Результаты рентгеноструктурного анализа топливной композиции 40% Ри02 + 60% М§0
3.5. Результаты измерений наружного диаметра оболочек твэлов и диаметра топливных таблеток
3.6. Определение плотности топлива
3.7. Уменьшение технологической пористости топливной композиции МО +
Ри02 в процессе облучения
Выводы к главе
ГЛАВА 4. ВЛИЯНИЕ ПРОДУКТОВ ДЕЛЕНИЯ НА РАСПУХАНИЕ ТОПЛИВНОЙ КОМПОЗИЦИИ 40% Ри02 + 60% MgO
4.1. Модель твердого распухания топливной композиции М§0 + Ри02
4.2. Оценка доли осколков деления в MgO на основе карт РСМА
4.3. Определение доли осколков деления в MgO по измеренному значению их концентрации в частице Ри02
4.4. Расчёт увеличения объема фазы MgO
4.5. Уменьшение объема частиц Ри02 за счет выхода продуктов деления в
инертную матрицу
4.6 Сравнение расчётного и экспериментально определённого распухания
Выводы к главе
ГЛАВА 5. ОСОБЕННОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ МИКРОСТРУКТУРЫ И ФАЗОВОГО СОСТАВА ТОПЛИВНОЙ КОМПОЗИЦИИ (Ри, Zr)N ПОСЛЕ ОБЛУЧЕНИЯ В РЕАКТОРЕ БОР
5.1 Определение содержания и состава газовой фазы под оболочкой твэлов и в топливе

вакуумированной калиброванной емкости. Погрешность измерения давления газа составляет не более 9%.
Определение свободного объема в твэле проводят путем подачи гелия и измерения изменения давления газа в калиброванной емкости при присоединении к ней предварительно вакуумированного узла герметизации с находящимся в нем проколотым твэлом. По результатам измерений определялся объем вышедшего газа и объем пустот в твэле. Погрешность определения объема газа составляет 6,8 см3 в диапазоне 150-1150 см3. Погрешность определения свободного объема составляет ±0,6 см3.
Состав газа под оболочкой твэлов определяют масс-спектрометрическим методом. По суммарному количеству Кг и Хе определялся относительный выход газа из топлива. Доля этих элементов, вышедших из топлива в газовую фазу, определяют по отношению объема выделившегося газа к объему Кг и Хе, образовавшихся в твэле.

Рис. 2.9. Установка для измерения давления, объема и состава газа под оболочкой твэла: 1 - измерительная гребенка; 2 - калиброванная емкость; 3 - узел герметизации твэла; 4 -исследуемое изделие; 5 — узел нагружения образцов; 6 - ампулы для отбора проб; 7 - бокс для отбора проб; 8 - печь; 9 - манометр; 10 - вакуумная емкость; 11 - фильтр
2.6. Метод определения содержания газовых продуктов деления в топливе
Содержание остаточных газов в топливе определялось методом растворения топливного образца с регистрацией освобождаемого при
растворении радиоактивного 85Кг гамма-спектрометрическим методом и

нерадиоактивного Хе масс-спектрометром в течение всего процесса

растворения. Погрешность определения содержания Кг в проведенных экспериментах составила не более 15%, а 132Хе - не более 10%.