第2讲 金属材料的辐照损伤(二).ppt

金属材料的辐照损伤(二）;辐照后的断裂时间;轻水堆内部结构;RPV的辐照脆化;磁约束聚变堆;聚变堆等离子体对材料带来的损伤;聚变堆上的等离子体的冲蚀和鼓泡;辐照损伤原理;二体碰撞(Binary Collision);质心系(Center-of-Mass);级联碰撞;高速粒子撞击产生离位峰;离位峰附近留下的晶体缺陷;热峰;Microstructure of pure Fe after irradiation in BR-10 at 400?°C to 25.8?dpa. (a) Specimen in ?250% cold deformed condition and (b) annealed condition. ;Fe-Cr合金400oC辐照损伤缺陷;Fe-Cr合金400oC辐照损伤缺陷;Precipitates of e-copperin A710 steel;辐照后的元素偏析－不锈钢中的Cr、Ni;UO2燃料在反应堆内产生热能，由于氧化物导热性能差，燃料棒内沿径向的温差大，形成大的温度梯度 燃料棒中心温度高达2000oC 外缘温度只有500~600oC 热应力导致燃料表面出现裂纹 随燃耗的加深，将出现 芯块变形开裂，导致包壳变形 裂变产物的气体析出，使燃料棒内压升高 体积肿胀 固体裂变产物的析出，腐蚀包壳管;UO2燃料的性质;U、Pu及其氧化物的性能;燃料组件;燃料、包壳的变形;UO2受辐照后的行为;UO2辐照后的组织变化;UO2燃料随燃耗加深的表现;组织变化;芯块开裂 燃料棒内由温度梯度而产生的热应力将使第一区裂开，第三区在低应力作用下容易流动，因而不会开裂。如果停堆时该区已经形成裂纹，将使下次堆运行中使裂纹重新愈合。 芯块在运行初期的开裂使芯块外径增加，芯块与包壳间隙减小。随着燃耗的增加，芯块与包壳相接触，发生机械相互作用，这种接触应力引起芯块内产生新的裂纹，并使包壳管承受应力，使包壳管外径局部增大。芯块开裂部位往往是包壳管内应力集中部位，也是造成燃料棒破损的原因。 重新结晶 UO2芯块低的热导率使芯块内存在很大的径向温度梯度，当反应堆达到运行功率后，很快引起微观组织的变化，也就是说，原始烧结组织状态将随时间的延长而变化。;密实化是燃料寿命早期出现的一种组织改变 辐照点阵缺陷增多，使燃料物质元素(铀、钚、氧)移动速度加快，重结晶或烧结体的孔隙封闭，结果是芯块密度增加、半径和长度减小。 在热中子堆和快中子堆的氧化物燃料中都有发生。 表现为包壳管在冷却剂作用下发生倒塌，甚至包壳管被压扁，当燃耗值超过一定时，密实趋势缓和。 芯块密实化对安全的影响 燃料棒芯块长度缩短，使包壳局部减少芯块支撑，包壳管可能被冷却剂压扁，因应变集中而破损，造成裂变产物的泄漏； 芯块长度减小，线功率增加，使芯块温度提高； 芯块半径减少，间隙加大，间隙导热率下降， 这也使芯块温度上升，从而影响燃料棒的安全性。;芯块密实化的主要原因;减少芯块密实化的措施;随燃耗增加熔点降低;PWR燃料芯块的性能;西屋公司的UO2燃料;辐照肿胀;固体裂变产物 (每原子百分比燃耗导致的肿胀约为0.32%) 可溶性产物：可与燃料形成固溶体，如钇、稀土元素、锆、铌等． 金属性夹杂物：如钼、钌、锝、铑、钯等。 碱土金属氧化物夹杂：由钡和锶的锆酸盐组成。 其它裂变产物：包括铯、铷、碘等。 裂变气体导致的肿胀 (肿胀的主要来源) 裂变气体保留在燃料基体内并形成气泡，就会伴随有显著的肿胀； 氙、氪是导致肿胀的主要裂变气体，总产额为25～30％，它们是稳定同位素，实际上在燃料中完全不溶解，几乎总是聚集成气泡； 裂变气体聚集所导致的肿胀大于固体产物所导致的体积肿胀，同样，也大于氙、氪以原子形式弥散在燃料基体中所导致的体积肿胀。;温度及重结晶组织的影响 芯块外缘的不变晶区，温度较低，裂变气体只能以原子状态冻结在基体内，肿胀很小可忽略。 柱状晶区内，孔隙在温度梯度作用下扫动，孔隙很小，组织致密，无明显肿胀，但在等轴晶长大区内，大量气泡被晶界和缺陷捕获，肿胀明显。 低于1000℃不发生肿胀。1200～1600℃温度区间肿胀明显，在更高温度时肿胀很快达到饱和。 燃耗的影响 随燃耗加深而增加。 芯块原始微观组织的影响 芯块原始密度小，孔隙度大，大部分肿胀被原始制造孔隙所抵消，肿胀也小。 芯块开口孔多，裂变气体易释放，肿胀也减小。快中子堆燃耗达105MWd/tU，为抵消肿胀选用芯块密度为80～85%理论密度。 ;防止肿胀的措施;氙、氪等裂变气体的释放 燃料棒的贮气腔以及与其连通的裂纹内 裂变气体释放后，可使燃料棒内压升高 裂变气体释放到燃料棒的He中，降低了He浓度，降低了间隙热导率，对反应堆安全运行有一定的影响。 裂变气体的产生及释放机制 轻水堆燃耗达40,000MWd/tU，每