Материалы ядерных энергетических установок - Радиационная ползучесть оксидного топлива

Экспериментальные данные показывают, что радиационная ползучесть нестехиометрического оксидного топлива проявляется при температурах 800—1000 °С, хотя значительно более высокие температуры требуются для получения скоростей ползучести того же порядка для стехиометрического UO₂ [16]. Механизм, по которому отклонение UO₂ от стехиометрии приводит к ускорению ползучести, связан с образованием кристаллических дефектов (см. §4.2), радиационным распуханием и выделением газообразных продуктов деления. Как известно, при отклонении от стехиометрии в кристаллической структуре UO₂ создаются несовершенства решетки. Кроме того, аномальное радиационное распухание нестехиометрического топлива и аномальное выделение газообразных продуктов деления из него (в особенности из гипостехиометрического топлива) могут способствовать пластическому течению материала. При данном выгорании топлива радиационное распухание и выделение газообразных продуктов деления зависят главным образом от температуры облучения топлива (см. рис. 7.12, 7.13). Поэтому скорость радиационной ползучести нестехиометрического оксида больше скорости стехиометрического при той же температуре.

Рис. 7.14. Зависимость скорости ползучести диоксида урана от напряжений а при реакторных и внереакторных испытаниях. Наклон кривых определяет показатель степени при напряжении. Над кривыми указана скорость деления
На рис. 7.14 показана зависимость скорости ползучести от напряжений для необлученного стехиометрического UO₂ и UO₂, облученного при различных скоростях деления [13, 14]. Экспериментальные данные показывают, что скорость радиационной ползучести UO₂ в низкотемпературной области (ниже 900 °С) не зависит или слабо зависит от температуры и существенно превосходит скорость ползучести без облучения. Однако в высокотемпературной области (выше 1200 °С) радиационная ползучесть сильно зависит от температуры, причем энергии активации радиационной ползучести и ползучести без облучения примерно одинаковы. С повышением скорости деления диоксидного топлива в реакторе скорость ползучести увеличивается (рис. 7.14). В легководных энергетических реакторах топливные таблетки из UO₂ в большинстве случаев работают при температурах, значительно превышающих 1200 °С.