Ананич Р.О., Базюк С.С., Беспечалов Б.Н., Киселев Д.С., Полунин К.К., Стойков К.В., Урусов А.А., Ягнятинский Д.А.
Представлены результаты экспериментального исследования на стенде ГАЗПАР окисления образцов оболочек твэлов в перегретом водяном паре из циркониевого сплава Э110 с хромовым защитным покрытием и хромоникелевого сплава 42ХНМ в диапазоне температур 800–1300 °С и временах выдержки – до 8 часов. Установлено, что пятикратное термоциклическое нагружение Э110-Cr образцов оболочек твэла ВВЭР-1000 в водяном паре при 1200 °С и общим временем выдержки более 500 секунд не приводит к потере сцепления и растрескиванию хромового покрытия на стадиях нагрева и расхолаживания с темпом до 27% К/с. На основе анализа экспериментальных данных показано, что применение хрома снижает интенсивность деградации оболочки твэла ВВЭР-1000 за счет снижения толщины образовавшегося слоя ZrO2 в результате пароциркониевой реакции в 2,3 раза. Это свидетельствует об эффективности применения хромового покрытия для защиты оболочек твэлов от интенсивной пароциркониевой реакции при аварии с потерей теплоносителя. Пост-тестовыми материаловедческими исследованиями подтверждены данные о толщинах образовавшихся оксидных слоев. По данным термогравиметрических испытаний получена температурно-временная оценка работоспособности защитного покрытия на оболочке из сплава Э110.
1. Khatib-Rahbar M., Krall A., Yuan Z., Zavisca M. Review of Accident Tolerant Fuel Concepts with Implications to Severe Accident Progression and Radiological Releases. NUREG/CR-7282. 2021. Доступно на: https://www.nrc.gov/docs/ML2121/ML21210A321.pdf (дата обращения 23.08.2023).
2. Лариков Л.Н., Юрченко Ю.Ф. Тепловые свойства металлов и сплавов. Справочник. Киев: Наукова думка, 1985. 437 с.
3. Войтович Р.Ф., Головко Э.И. Высокотемпературное окисление металлов и сплавов. Справочник. Киев: Наукова думка, 1980. 296 с.
4. Краткий физико-технический справочник. Под ред. К.П. Яковлева. Т. 1. М.: Физматлит, 1960. 411 c.
5. Кулаков Г.В., Ершов С.А., Коновалов Ю.В. и др. Основные свойства сплава 42ХНМ и перспективы его внедрения в качестве конструкционного материала элементов реакторов ВВЭР. ХI Конференция по реакторному материаловедению. Димитровград, АО «ГНЦ НИИАР», 27–31 мая 2019 г., с. 37–39.
6. Сафонов Д.В. Структурно-фазовое состояние оболочечных материалов в условиях эксплуатации, сухого хранения, а также проектной аварии. Дисс. на соиск. уч. ст. канд. техн. наук. Москва, 2021.
7. Базюк С.С., Беспечалов Б.Н., Киселев Д.С., Кузма-Кичта Ю.А., Паршин Н.Я., Полунин К.К., Попов Е.Б., Солдаткин Д.М., Урусов А.А. Характеристики высокотемпературного окисления и теплогидравлики толерантных твэлов в условиях LOCA. Технологии обеспечения жизненного цикла ЯЭУ, 2018, № 4 (14), c. 74–89.
8. Ansys Fluent Tutorial Guide. Release 16.0. ANSYS, Inc.Southpointe. October 2014.
9. Калин Б.А., Платонов П.А., Чернов И.И., Штромбах Я.И. Физическое материаловедение.
Том 6. Часть 1. Конструкционные материалы ядерной техники. М.: МИФИ, 2008. 642 с.
10. Спассков В.П., Драгунов Ю.Г., Рыжов С.Б., Подшибякин А.К., Волков Г.А. и др. Расчетное обоснование теплогидравлических характеристик реактора и РУ ВВЭР. Москва, Академкнига, 2004. 340 c.
11. Лякишева Н.П. Диаграммы состояния двойных металлических систем. М.: Машиностроение, 1996. 1238 с.
12. Baker L., Just L.C. Studies of Metal Water Reactions at High Temperatures. III. Experimental and Theoretical Studies of the Zirconium-Water Reaction. ANL-6548, page 7, May 1962.
13. Bohmert J., Dietrich M., Linek J. Comparative Studies on High-Temperature Corrosion of Zr-1%N1 and Zircaloy-4. Nuclear Engineering and Design, 1993, vol. 147, no. 1, pp. 53–62.
14. Gyori Cs. et.al. Extension of Transuranus code applicability with niobium containing model; (EXTRA). Proc. of FISA-2003 Conference EU Research in Reactor Safety. Luxembourg, November 2003.
15. Bibilashvili Yu.K., Sokolov N.B., Salatov A.V., Andreyeva-Andriyevskaya L.N., Nechayeva O.A., Vlasov F.Yu. RAPTA-5 code: modelling behaviour of WER-type fuel rods in design basis accidents verification calculations. Proc. of IAEA Technical Committee Meeting on “Behaviour oj LWR Core Materials under Accident Conditions”. Dimitrovgrad, Russia, on 9–13 October 1995. IAEA-TECDOC-921, Vienna, 1996, pp. 139–152.
16. Vrtilkova V. et. al. An Approach to the Alternative LOCA Embrittlement Criterion. Proc. of SEGFSM Topical Meeting on LOCA Fuel Issues. Argonne National Laboratory, May 2004. NEA/CSNI/R(2004) 19.
17. Egorova L.Y., Lioutov K., Smirnov V. Major Findings of E110 Studies under LOCA Conditions. SEGFSM Topical Meeting on LOCA Issues. Argonne National Laboratory, May 25–27, 2004.
18. Урусов А.А., Мокрушин А.А., Солдаткин Д.М., Полунин К.К. Исследование штатных оболочек твэлов реактора типа ВВЭР с защитным покрытием в условиях, характерных для аварии с потерей теплоносителя. Тезисы 11-й конф. по реакторному. материаловедению. Димитровград, 27–31 мая 2019. Доступно на: http://www.niiar.ru/sites/default/files/safety20/programma_rm_2019_itog_0.pdf (дата обращения 23.08.2023).
19. Chalupová L.A., Steinbrück M., Grosse M., Krejčí J., Ševeček M. High-temperature oxidation of chrome-nickel alloy. Acta Polytechnica CTU Proceedings. 28:8–14, 2020. DOI:10.14311/APP.2020.28.0008.
20. Berthod P. Kinetics of High Temperature Oxidation and Chromia Volatilization for a Binary Ni–Cr Alloy. Oxidation of Metals, 2005, vol. 64, no. 3/4. DOI: 10.1007/s11085-005-6562-8.
