Стартовая >> Архив >> Генерация >> Материалы ядерных энергетических установок

Коррозия и трещины материалов твэлов, коррозия каналов теплоносителя - Материалы ядерных энергетических установок

Оглавление
Материалы ядерных энергетических установок
Ядерная энергия и материалы
Легководный реактор LWR
Тяжеловодный реактор HWR
Реактор типа LMFBR
Перспективы использования термоядерной энергии
Радионуклидное производство энергии и ее использование
Требования, предъявляемые к выбору ядерных материалов
Свойства реакторных материалов
Анализ специфических свойств материалов при их выборе для ядерных реакторов
Выбор материалов и анализ конструкции с помощью ЭВМ
Компоненты и материалы ядерных реакторов деления
Ядерные топливные материалы
Конструкционные материалы
Материалы органов регулирования, теплоносители
Материалы защиты, системы аварийной защиты
Атомная электростанция (с реактором деления)
Фундаментальные радиационные явления в материалах
Радиационное повреждение нейтронами
Влияние облучения на реакторные материалы
Влияние облучения на физические свойства материалов
Влияние облучения на механические свойства материалов
Влияние облучения на коррозию, свелинг
Отжиг радиационных повреждений, влияние облучения на свойства при низких температурах
Металлический уран
Коррозия урана
Сплавы урана
Влияние облучения на урановое топливо
Керамический уран
Диоксид урана
Радиационное распухание оксидного топлива
Радиационная ползучесть оксидного топлива
Выделение газообразных продуктов деления из оксидного топлива
Монокарбид урана
Нитрид, силицид и сульфиды урана
Коррозия керамического урана, техника безопасности
Плутоний
Металлические сплавы плутония
Керамические соединения плутония
Смешанное керамическое уран-плутониевое топливо
Коэффициент воспроизводства, избыточный коэффициент и время удвоения плутония
Радиационные эффекты плутония
Коррозионные эффекты плутония
Меры безопасности при работе с плутонием
Торий
Свойства тория
Получение и сплавы тория
Керамические соединения тория
Радиационные и коррозионные эффекты тория
Радиоактивный распад в торий-урановом топливном цикле
Конструкционные материалы: металлы
Конструкционные материалы: бериллий и его соединения
Конструкционные материалы: магний
Конструкционные материалы: алюминий
Конструкционные материалы: цирконий
Конструкционные материалы: нержавеющая сталь и никелевые сплавы
Конструкционные материалы: керамика и керметы
Влияние облучения на конструкционные материалы
Коррозия конструкционных материалов
Материалы замедлителя и отражателя
Графит
Материал бланкета
Материал теплоносителя
Материалы систем регулирования, защиты и аварийной защиты
Защита реактора
Системы аварийной зашиты реактора и используемые в них материалы
Материалы в топливных циклах, процессах обогащения и переработки топлива
Обогащение топлива
Переработка топлива
Материалы, используемые в процессах переработки отработавшего топлива
Переработка ядерного топлива
Топливные материалы, участвующие в U-Pu-топливном цикле
Тепловыделяющие элементы
Связующий материал твэлов
Материалы, применяемые при изготовлении твэлов
Каналы для теплоносителя и системы трубопроводов
Корпуса реакторов под давлением
Радиационные эффекты при работе материалов ядерного топлива и конструкционных материалов
Коррозия и трещины материалов твэлов, коррозия каналов теплоносителя
Образование коррозионных и усталостных трещин и течей в каналах для теплоносителей, трубопроводах
Материалы радионуклидных генераторов энергии и термоядерных реакторов
Радионуклидное топливо
Материалы оболочек, материалы и теплоносители радионуклидных генераторов
Концептуальные проекты термоядерных реакторов
Компоненты и материалы термоядерных реакторов
Материалы для изготовления магнитной системы и системы безопасности термоядерных реакторов
Взаимодействие материалов с первой стенкой термоядерного реактора
Материалы первой стенки термоядерного реактора и влияние на них облучения

КОРРОЗИЯ МАТЕРИАЛОВ ТВЭЛОВ, КАНАЛОВ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ, СИСТЕМ ТРУБОПРОВОДОВ И КОРПУСОВ РЕАКТОРОВ

Все охлаждающие среды ядерных реакторов, воздух, вода и жидкий металл в контакте с твэлами, каналами для теплоносителя, системами трубопроводов и корпусами реакторов являются в той или иной степени агрессивными при повышенных температурах в условиях интенсивного облучения.
Рис. 14.39. Зависимость окисления циркалоевых труб при различных температурах от времени

Из кинетической теории коррозии следует, что масса прокорродировавшего металла описывается параболической зависимостью от времени коррозии при повышенной (абсолютной) температуре Т [40]:
(14.5)
где t — время; с0 и с — постоянные; Q — энергия активации окисления; R — универсальная газовая постоянная.
На рис. 14.39 сравниваются рассчитанные по (14.5) и экспериментальные зависимости скорости коррозии циркалоевых труб от времени выдержки при различных температурах. Из представленных данных видно, что кинетика окисления хорошо описывается параболическим законом и что скорость коррозии увеличивается с ростом температуры. Скорость коррозии между теплоносителем и конструкционными материалами твэлов, каналов для теплоносителя и систем трубопроводов в активной зоне реактора может существенно увеличиться в результате облучения.

ОСНОВНЫЕ ДАННЫЕ ПО ОБРАЗОВАНИЮ ТРЕЩИН В ТВЭЛАХ ПОД ДЕЙСТВИЕМ УСТАЛОСТНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ И КОРРОЗИИ

Хотя обычная коррозия, коррозия при облучении и коррозия под действием напряжений могут происходить одновременно, коррозия последнего вида оказывает значительно большее влияние на материалы твэлов, каналов для теплоносителя, трубопроводов и корпусов реакторов (легководных и жидкометаллических), чем коррозия двух первых видов. Опыт эксплуатации энергетических реакторов показывает, что растрескивание под действием усталостных термических напряжений и коррозионное растрескивание, начинающиеся на внутренней поверхности циркалоевых оболочек твэлов, могут привести к разрушению твэлов в легководных реакторах.

Рис. 14.40. Радиационный рост трещины в оболочке, связанный с образованием трещины в топливной таблетке из UO2: 1 —  трещина в топливе; 2 — трещина в оболочке; 3 —  отложение химических соединений; 4 —  длина трещины; 5 —  наружная поверхность оболочки; 6 —  зазор между топливом и оболочкой или поверхность раздела, когда зазор закрыт; 7 — центральная полость

Если до и во время зарождения трещины материал оболочки твэла имел достаточные механическую прочность и пластичность, то к нему можно применить постулируемые теорию и механизм образования трещин. При достаточно длительном облучении топлива во время работы реактора на повышенных уровнях мощности такие химические соединения продуктов деления, как Csl, CsUO4, Cs2Te и Cs2Cd, образуются и осаждаются на участках оболочки, склонных к растрескиванию под действием усталостных напряжений и коррозионному растрескиванию и расположенных напротив трещин в топливных таблетках, как это показано на рис. 14.40. Радиационный рост трещин в оболочках, связанный с образованием трещин в оксидных топливных таблетках (например, в таблетках UO2), часто экспериментально наблюдался.
Итак, суммируем сказанное выше:

  1. быстрое увеличение мощности может вызвать растрескивание топливных таблеток и закрытие зазора между топливом и оболочкой в течение нескольких часов после пуска реактора;
  2. работа на пониженном уровне мощности в течение достаточно длительного периода времени может привести к залечиванию трещин в топливе (в результате роста зерен) и повторному раскрытию зазора между топливом и оболочкой;
  3. радиальные и продольные трещины зарождаются в топливных таблетках под действием микроструктурных касательных напряжений и распространяются под действием главных напряжений (тангенциальных или кольцевых) в радиально-продольных направлениях (рис. 14.40).
  4. газообразные продукты деления, содержащие I, Cd и Те, выделяются из радиальных и продольных трещин в топливных таблетках и могут легко образовывать соединения Csl, Cs2Cd и Cs2Te, которые реагируют с внутренней поверхностью оболочки в процессе взаимодействия ее с топливом;
  5. под действием усталостных термических напряжений и коррозии (в среде, содержащей I, Cd, Те) на внутренней поверхности оболочки могут зародиться трещины, которые, распространяясь вдоль радиальнопродольных направлений, могут глубоко проникнуть в оболочку. Такие трещины обычно возникают в участках максимальных тангенциальных напряжений и их местоположение совпадает с расположением радиальнопродольных трещин в топливных таблетках, как это показано на рис. 14.40.


 
« Магнитный фильтр-сепаратор в схеме очистки производственного конденсата   Метод определения параметров тепловой изоляции паротурбинных блоков ТЭС »
электрические сети