Теория и расчет газово-вакансионного распухания уранового металлического ядерного топлива

• Автор: Коновалов, Игорь Иванович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 119 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ

Список условных обозначений

ВВЕДЕНИЕ

1 ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ РАСПУХАНИЯ

1.1 Развитие теоретических подходов к описанию распухания

урана

1.2 Базовая физическая модель распухания и моделируемые

процессы

1.3 Критические физические параметры вещества, определяющие

его распухание

1.4 Заключение по главе 1

2 АТОМАРНЫЕ ДЕФЕКТЫ
2.1 Собственные точечные дефекты
2.2 Газовые осколочные атомы
2.3 Заключение по главе 2
3 ЭВОЛЮЦИЯ ДИСЛОКАЦИОННОЙ СТРУКТУРЫ
3.1 Развитие подходов в моделировании эволюции
дислокационной структуры
3.2 Модель эволюции дислокационной структуры
3.3 Радиационная рекристаллизация топлива
3.4 Заключение по главе 3
4 ЭВОЛЮЦИЯ ГАЗОВО-ВАКАНСИОННОЙ ПОРИСТОСТИ
4.1 Вакансионный механизм зарождения
4.2 Газовый механизм зарождения
4.3 Коагуляция газово-вакансионных пор
4.4 Заключение по главе 4
5 СТРУКТУРНЫЕ И ФАЗОВЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ ПОД ОБЛУЧЕНИЕМ
5.1 Модель переноса легирующего элемента через границу раздела

5.2 Устойчивость интерметаллических включений
5.3 Устойчивость гамма-фазы урана под облучением
5.4 Заключение по главе 5

6 РАСЧЕТЫ РАСПУХАНИЯ СПЛАВОВ УРАНА И ИХ
ВЕРИФИКАЦИЯ
6.1 Распухание нелегированного урана и малолегированных
сплавов
6.2 Легированные сплавы систем ЕГ-Мо, II-7г. И-А1
6.3 Распухание сплавов урана в аморфном состоянии
6.4 Принципы легирования урана для уменьшения его распухания
6.5 Заключение по главе 6
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
ВЫВОДЫ ,
Список литературы

Список основных условных обозначений
ТД - точечные дефекты
СМА - собственные междоузельные атомы
ЛЭ - легирующий элемент
ТЭМ - трансмиссионная электронная микроскопия
ОЦК - объемно-центрированная кубическая
ГЦК - гранецентрированная кубическая
ОЦТ - объемно-центрированная тетрагональная
сна - смещение на атом
О - атомный объем, см
аг - коэффициент скорости рекомбинации СМА и вакансии, см'
а1 - коэффициент скорости образования комплекса из двух СМА, см'
аХ:, - коэффициент скорости образования комплекса из двух атомов ксенона, см'
У - поверхностная энергия (натяжение), эВ/см
г - время, с
ст - гидростатическая компонента напряжений, МПа, эВ/см
ра - плотность дислокаций, см'
V — частота колебаний атомов, с'
В - выгорание, количество делений в см
С„ - концентрация вакансий
Сп ~ равновесная термическая концентрация вакансий С; - концентрация СМА
Схе - концентрация атомов ксенона
С* - радиационная компонента концентрации вакансий
С* - радиационная компонента концентрации СМА
Сх - концентрация примесных или легирующих атомов
Д, - коэффициент диффузии вакансий, см2/с
Г/'! - термическая компонента диффузии вакансий, см2/с
Д - коэффициент диффузии СМА, см2/с
0Хе - коэффициент диффузии атомов ксенона, см2/с
- коэффициент самодиффузии, см2/с
Дя - радиационная компонента диффузии вакансий, см2/с
- радиационная компонента диффузии СМА, см2/с Дя - радиационная компонента диффузии ксенона, см2/с Етх - энергия активации диффузии вакансий, эВ
Ет1 - энергия активации диффузии СМА, эВ
Етхе - энергия активации диффузии ксенона, эВ

2.3. Заключение по главе
Для описания поведения точечных дефектов, собственных и газовых осколочных атомов, в матрице использован диффузионный подход. Значения концентраций точечных дефектов определены кинетическими уравнениями в предположении гомогенного распределения точечных дефектов вдали от стоков.
Определены основные закономерности хода концентрационных кривых для собственных точечных дефектов в уране на переходной стадии при различных температурах и различной плотности стоков точечных дефектов.
Выявлены главные факторы, влияющие на значения квази-стационарных концентраций собственных точечных дефектов для различных температурных интервалов облучения.
Обсуждены факторы, влияющие на коэффициент объемной диффузии осколочного Хе в уране.
Определены закономерности хода температурных кривых квази-стационарной концентрации Хе в урановой матрице в зависимости от условий облучения.
В диссертации получены следующие новые результаты:
1. Выведена формула для определения радиационной компоненты диффузии точечных дефектов в уране, обусловленная воздействием термических пиков и учитывающая скорость деления и температуру облучения.
2. Предложен способ решения дифференциальных (кинетических) уравнений концентраций собственных точечных дефектов на переходной стадии.
3. Найдены аппроксимации для стационарных концентраций собственных точечных дефектов для различных температурных интервалов облучения.
4. Предложено уравнение и рассчитана температурная зависимость коэффициента объемной диффузии Хе в уране с учетом термической компоненты, фактора пересыщения матрицы радиационными вакансиями и ускорения диффузии за счет воздействия термических пиков.