Водородное охрупчивание и гидридное разрушение циркониевых изделий водоохлаждаемых ЯЭУ

• Автор: Шмаков, Андрей Александрович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 164 с. : ил.

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

АЭС Атомная электростанция

ВВЭР Водо-водяной энергетический реактор

ВТ Внутреннее трение

ВХР Водно-химический режим

гпд Г азообразные продукты деления

ДР Дистанционирующая решетка

ЗГР Замедленное гидридное растрескивание

кин Коэффициент интенсивности напряжений

КРН Коррозионное растрескивание под напряжением

мс Метод сеток

отвс Отработавшая ТВС
ОЯТ Отработавшее ядерное топливо
НДС Плоское деформированное состояние
пне Плоское напряженное состояние
ПРВ Предельная растворимость водорода
РБМК Реактор большой мощности канальный
тве Тепловыделяющая сборка
ТВЭЛ Тепловыделяющий элемент
см Стационарная модель
ЯЭУ Ядерная энергетическая установка
BWR Boiling Water Reactor
CANDU Canadian Deuterium Uranium
PHWR Pressurized Heavy Water Reactor
PWR Pressurized Water Reactor
TSS Terminal Solid Solubility
TSSD TSS for Dissolution
TSSE TSS for Equilibrium
TSSP TSS for Precipitation

Глава 1. Коррозия циркониевых изделий водоохлаждаемых ЯЭУ
1.1. Промышленные сплавы циркония
1.2. Окисление циркониевых материалов в водных средах
1.2.1. Равномерное окисление
1.2.2. Очаговое окисление
1.3. Диффузия водорода в оксидной фазе циркониевых сплавов
1.4. Механизмы поглощения водорода
1.5. Распределение водорода в окисленных сплавах циркония
Выводы по главе
Глава 2. Предельная растворимость водорода в промышленных
сплавах циркония
2.1. Система 2г-Н. Гидриды циркония
2.2. Предельная растворимость водорода (ПРВ)
2.2.1. Условия растворения гидридов (фазовая граница Т88Б)
2.2.2. Условия образования гидридов (фазовая граница ТЗЭР)
2.2.3. Анализ факторов, влияющих на ПРВ
2.2.4. Предельная растворимость водорода в сплаве Э110
Выводы по главе
Глава 3. Диффузия водорода в промышленных сплавах циркония
3.1. Феноменология
3.2. Коэффициенты диффузии водорода
3.3. Термодиффузия водорода
3.3.1. Математическая модель термодиффузии водорода
3.3.2. Термодиффузия водорода в сплаве Ъгу
3.3.3. Термодиффузия водорода в сплаве Э110
3.3.4. Термодиффузия водорода в оболочках твэлов из сплавов Э1 ЮМ и Э635
Выводы по главе

Глава 4. Механизмы деградации и разрушения наводороженных
сплавов циркония
4.1. Водородное охрупчивание
4.2. Общие сведения о замедленном гидридном растрескивании (ЗГР)
4.2.1. Трещиностойкость циркониевых образцов
4.2.2. Основные характеристики ЗГР
4.2.3. Экспериментальные данные о ЗГР в сплавах циркония
4.3. Теоретическое описание механизма ЗГР
4.3.1. Распределение напряжений в области острой трещины
4.3.2. Математическая модель ЗГР
4.3.3. Экспериментальная проверка математической модели ЗГР
Выводы по главе
Глава 5. Закономерности гидридного разрушения циркониевых изделий ЯЭУ
5.1. Методы теоретической оценки скорости ЗГР
5.1.1. Стационарная модель расчета скорости ЗГР
5.1.2. Расчет скорости ЗГР методом сеток
5.1.3. Экспериментальная проверка вычислительных схем
5.1.4. Зависимость скорости ЗГР от содержания водорода, температуры и КИН
5.2. Гидридное разрушение оболочек твэлов ВВЭР и РБМК
5.3. Способы предотвращения водородного охрупчивания и ЗГР
Выводы по главе
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ханические напряжения примерно одинаково влияют на химический потенциал водорода в а- и 8-фазах и поэтому практически не изменяют условий их равновесия.
2.2.4. Предельная растворимость водорода в сплаве Э110
Разработанный в 1958 году сплав Э110 (Zr-l%Nb) является базовым циркониевым материалом российской атомной энергетики. Однако, экспериментальная информация о ПРВ в этом сплаве крайне ограничена [152,154]. В работе [152] по результатам калориметрических испытаний образцов, содержащих 1200 ppm О2, получена температурная зависимость5*
ctssd (ppm) = 1,39 х Ю5 ехр(- 36400/Л7’). (2.11)
Согласно данным [154], температуры Тто и Тшр для штатного рекристаллизирован-ного материала, содержащего 50 ppm Н, находятся в пределах 543-563К и 478-558К соответственно. В целом, результаты [152, 154] позволяют предположить, что растворимость TSSD в сплаве Э110 подчиняется статистическому выражению (2.5).
Предельная растворимость TSSP в сплаве Э110, фактически, не изучена. В этой связи по заданию ОАО «ТВЭЛ» нами проведена серия уточняющих экспериментов [169, 170]. Положение фазовых границ TSSD и TSSP определяли, измеряя температурные зависимости характеристик внутреннего трения - логарифмического декремента 5 и отношения AM = Мт/ М0 [171], где Мг и М0 - значения динамического модуля упругости при температуре испытания и 293К. Измерения проводили на разработанном в МИФИ вакуумном релаксометре [172,173] при частоте колебаний 5 Гц.
Образцы - пластины размером 10x8x0,3 мм - были изготовлены из листового материала, произведенного Чепецким Механическим заводом (г. Глазов), отвечающего ТУ 95.2290-91 и ТУ 95.166-83. Наводороживание проводили на Машиностроительном заводе (г. Электросталь) «сухим» способом при 673-693К. Результаты металлографического анализа наводороженных образцов показаны на рис. 2.10.
5) По химическому составу материал [152] ближе к сплаву Э110К (см. табл. 1.1).