Содержание материала

Как видно из сказанного, параметрами, в значительной степени влияющими на ход аварийного процесса, являются координаты мест разрыва оболочек твэлов, а также быстрота появления повреждений после начала аварии. От времени зависит также количество расплавленного топлива, которое может выливаться из оболочек, а от расположения по высоте активной зоны повреждений оболочек — характер изменения реактивности. Расположение поврежденных твэлов внутри тепловыделяющей сборки может повлиять на процесс закупоривания сечения для прохода теплоносителя.

Нестационарные процессы в твэлах

Возможно, наиболее важным параметром, определяющим поведение твэла в аварийном режиме, является соотношение между значениями мощности и глубины выгорания в стационарном режиме. Свежие (необлученные) твэлы могут сохранить герметичность при высоких значениях мощности, поскольку материал оболочки обладает достаточной пластичностью, а давление внутри твэла мало, так как газообразные продукты деления отсутствуют. Если мощность твэла невелика, то в процессе облучения в реакторе тепловыделяющий стержень сохраняет свою структуру; при этом газ удерживается в топливе. Однако при повышении температуры газообразные продукты деления отделяются от топлива и увеличивают давление на стенки твэла, которое вместе с термическими напряжениями способствует быстрому разрушению оболочки. Такое разрушение, вероятнее всего, произойдет вблизи центра активной зоны, где оболочки твэлов подвержены наибольшим нагрузкам. Следует учесть, что, хотя эти твэлы начнут разрушаться на раннем этапе аварии, они не окажут сильного влияния на ход процесса, поскольку количество расплавленного топлива в них в это время относительно мало. Главную опасность представляет то обстоятельство, что через разрывы оболочек твэлов, образовавшиеся на данном этапе аварии в области средней плоскости активной зоны, впоследствии будет происходить вытекание расплавленного топлива.
Основное влияние на аварийный процесс активной зоны оказывают повреждения теплонапряженных твэлов с большой глубиной выгорания топлива. Состояние таких твэлов характеризуется значительными структурными изменениями топлива и скоплением в газовой полости продуктов деления, образовавшихся на участках со столбчатой и равноосной структурой (см. §8.2). Благодаря этому топливо может расплавиться еще до того момента, когда произойдет разрыв оболочки твэла. Наиболее вероятный участок, на котором может произойти разрыв, —это верхняя граница зоны с измененной структурой, где нагрузка на оболочку, вызванная внутренним давлением и температурными напряжениями, максимальна.

Использование результатов экспериментов

Для проведения расчетов аварийных режимов необходимо знать численные значения рассмотренных выше параметров. Точное математическое описание аварийного процесса в тепловыделяющем элементе чрезвычайно затруднено. Поэтому основные данные, необходимые для расчета аварийных режимов твэлов таких реакторов, как FFTF, были получены путем анализа нестационарных режимов на действующих реакторах. Хотя реальные условия экспериментов не соответствовали полностью гипотетическим аварийным режимам, происходящим в объеме активной зоны, полученные эмпирические зависимости обладают достаточной точностью [12].

Детерминистический метод исследований

Значительную роль в анализе аварийных режимов играют так называемые детерминистические методы. Наиболее эффективно эти методы используются в программах BEHAVE, LAFM [14], DSTRESS и FPIN. В каждой программе критерий разрыва оболочки твэла определяется по правилу составляющих времени жизни на основе параметра Ларсона- Миллера. Подобная методика применительно к стационарному режиму описана в гл. 8. Результаты расчетов согласуются с данными экспериментов на реакторе TREAT [17], однако расчетные методики требуют дальнейшего усовершенствования. В частности, предпринимаются попытки учитывать в расчетах критерий деформации.