Содержание материала

Поведение удержанных газообразных продуктов деления непосредственно связано с радиационным распуханием оксидного топлива (см. § 7.4). Поскольку радиационное распухание зависит главным образом от выгорания и температуры топлива, выделение газообразных продуктов деления из оксидного топлива также зависит от выгорания и температуры топлива, которые определяют изменение структуры топлива и внутреннее давление, развивающееся в твэле.
На рис. 7.15 приведены зависимости изменения концентрации газообразных продуктов деления в UO2 от выгорания при температуре 1500 °С. Зависимость содержания газообразных продуктов деления в матрице UO2 от температуры облучения показана на рис. 7.16 для выгорания более 3%. С ростом температуры количество газообразных продуктов деления в матрице UO2 уменьшается I151. При низких температурах большое количество газовых осколков деления удерживается в топливе. Однако при высоких температурах происходит растрескивание топлива и газообразные продукты деления быстро выделяются. Поэтому содержание газовых осколков деления в матрице UO2 снижается.
Экспериментальные результаты показывают, что основными инертными газами — продуктами деления, которые обусловливают радиационное распухание топлива и выход газообразных продуктов из уранового топлива, являются 85Kr и 133Xe. На рис. 7.17 и 7.18 приведены данные по скоростям выхода 85Kr и 133Xe из мелкозернистого и крупнозернистого образцов поликристаллического UO2 в температурном интервале 700—1550 °С [17].

Рис.  7.15. Зависимость концентрации газообразных продуктов деления А в диоксиде урана от выгорания при температуре облучения 1500 °С:
1 —  газ в матрице; 2 —  газ в порах и пузырьках; 3 —  количество удержанных газообразных продуктов деления (сумма I + 2); 4 — количество образовавшихся газообразных продуктов деления при выгорании
Рис. 7.16. Зависимость концентрации газообразных продуктов деления N в матрице диоксида урана от температуры при выгорании топлива более 3%. Светлые точки - без сдерживания, темные - при наличии сдерживания


Рис.  7.17. Зависимость скорости выделения 8sKr (отношение скорости выделения к скорости образования R/ В) из поли кристаллических спеченных образцов диоксида урана от температуры облучения: 1 — мелкозернистый образец; 2 —  крупнозернистый образец
Рис. 7.18. Зависимость скорости выделения 133Xe (отношение скорости выделения к скорости образования R/В) из поликристаллических образцов диоксида урана от температуры облучения:
1 —  мелкозернистый образец; 2 —  крупнозернистый образец

Эти экспериментальные результаты по выделению газообразных продуктов деления из поликристаллических образцов, размер зерен в которых изменялся в широких пределах, можно сравнить с результатами, полученными для монокристаллов UO2 в процессе нейтронного облучения [18-20].
Кроме изменения пористости и размера зерен во время работы оксидного топлива происходит также изменение структуры UO2. В процессе изменения структуры при высокотемпературном облучении твэлов в поле больших термических градиентов в пористом UO2 низкой плотности на ранней стадии может образоваться центральная полость, расположенная вдоль оси твэла [11, 12]. Это явление обусловлено миграцией технологических пор к оси твэла в поле термического градиента по механизму переноса в паровой фазе и сопровождается образованием рекристаллизованных равноосных зерен в топливе.
Поэтому в поперечном сечении топливных таблеток, которые претерпели изменение структуры, наблюдаются четыре зоны в направлении от центра к периферии: центральная полость (или центральное отверстие), зона столбчатых зерен, зона рекристаллизованных равноосных зерен и зона с исходной структурой. Эти зоны характеризуются различными значениями плотности, скорости энерговыделения и теплопроводности. Растрескивание топлива сопровождается выделением газообразных продуктов деления.