В § 6.7 рассматривались основные радиационные эффекты, непосредственно связанные с применением уранового топлива в ядерной технике. В данном параграфе обсуждается влияние облучения на оксидное топливо. В целом радиационная стабильность керамического топлива, включая размерную, структурную и объемную стабильность, значительно превышает радиационную стабильность металлических топлив.
Радиационный рост оказывает небольшое влияние на оксидное или керамическое топливо, поскольку оно, как правило, работает при высокой температуре. Термическое циклирование обычно приводит к растрескиванию топливных таблеток из UO2, а не к изменению их размеров. Поэтому основными радиационными эффектами, заслуживающими рассмотрения при анализе влияния облучения на оксидные или керамические топлива, остаются радиационное распухание и радиационная ползучесть.
Оксидное или керамическое топливо испытывает меньшее радиационное распухание под действием инертных газов — продуктов деления, чем металлическое топливо при той же температуре облучения (см. § 6.7). Распухание топлива и внутреннее давление, развивающееся в результате выделения в твэле летучих и газообразных продуктов деления, могут лимитировать работоспособность топлива и, в частности, выгорание. При этом необходимо учитывать, что желание эксплуатировать оксидное топливо при максимально возможной линейной мощности (для повышения теплового коэффициента полезного действия) приводит к тому, что в твэлах многих конструкций температура в центре топлива близка к температуре плавления UO2. Другими словами, при данных условиях внешнего сдерживания распухания (оболочкой) радиационное распухание зависит главным образом от выгорания и температуры топливных таблеток из UO2.
Рис. 7.12 Зависимость радиационного распухания UO2 от выгорания топлива и температуры. Несдерживаемое распухание описывается кривыми:
1 — 1250К; 2 - 1500К; 3 - 1800К; 4 — 2000К
Рис. 7.11. Сравнение зависимостей предсказанного и экспериментально найденного радиационного распухания диоксида урана от выгорания и температуры облучения
Рис. 7.13. Зависимость средней скорости несдерживаемого распухания А V/ V диоксида урана от температуры при различном выгорании (без учета интенсивной миграции пузырьков)
На рис. 7.11 сравниваются предсказанные и экспериментальные результаты по зависимости радиационного распухания топливных таблеток из UO2 от выгорания и температуры топлива 114]. Аналогичные зависимости радиационного распухания UO2 от выгорания и температуры топлива (рис. 7.12) были получены в различных лабораторных экспериментах [15]. Как видно из рис. 7.13, средние скорости несдерживаемого (без оболочек) распухания UO2 изменяются с температурой облучения различно в разных интервалах выгорания [15]. Приведенные здесь скорости распухания справедливы только для тех случаев, когда нет существенной миграции газовых пузырьков. Миграция пузырьков может снизить скорость радиационного распухания.
