Влияние температурного режима и напряженного состояния на переориентацию гидридов в оболочках твэлов из Zr-1%Nb

Abstract

Представлены результаты экспериментальных исследований переориентации гидридов и водородного охрупчивания, которые могут иметь место в оболочках твэлов в условиях, имитирующих штатные и некоторые аварийные режимы обращения с ОЯТ. Проведены испытания с нагревом макетов твэлов с оболочками из сплава Zr-1%Nb с разным содержанием водорода под внутренним давлением (холодное давление под оболочкой 3, 4 и 5 МПа) до температуры 450 ºС, выдержкой при этой температуре 8 ч и последующим охлаждением. Установлено, что при содержании водорода 400 ppm интенсивная переориентация гидридов в оболочках макетов твэлов при термических испытаниях начинается при тангенциальном напряжении ≈ 55…60 МПа при 450 ºС. С уменьшением содержания водорода интенсивность влияния испытаний на переориентацию гидридов значительно снижается. Термоциклирование на стадии выдержки ОЯТ в СХОЯТ приводит к значительному усилению переориентации гидридов. В оболочках с концентрацией водорода 400 ppm, при испытаниях с трехкратным термоциклированием 180 ºС↔450 ºС происходит практически полная переориентация гидридов. Проведены механические испытания образцов, вырезанных из гидрированных отрезков труб и оболочек макетов с разным содержанием водорода, до и после испытаний на переориентацию гидридов. Исходя из полученных результатов и результатов проведенного информационного поиска, сделан прогноз относительно степени опасности деградации свойств оболочек ОЯТ.

Представлено результати експериментальних досліджень переорієнтації гідридів і водневої крихкості, які можуть мати місце в оболонках твелів в умовах, що імітують штатні і деякі аварійні режими поводження з ВЯП. Проведено випробування з нагріванням макетів твелів з оболонками зі сплаву Zr-1%Nb з різним вмістом водню під внутрішнім тиском (холодний тиск під оболонкою 3, 4 і 5 МПа) до температури 450 °С, витримкою при цій температурі 8 год і наступним охолодженням. Встановлено, що при вмісті водню 400 ppm інтенсивна переорієнтація гідридів в оболонках макетів твелів при термічних випробуваннях починається при тангенціальній напрузі ≈ 55…60 МПа при 450 °С. Зі зменшенням вмісту водню інтенсивність впливу випробувань на переорієнтацію гідридів значно знижується. Термоциклування на стадії витримки ВЯП в ССВЯП призводить до значного посилення переорієнтації гідридів. В оболонках з концентрацією водню 400 ppm, при випробуваннях з трикратним термоциклуванням 180↔450 °С відбувається практично повна переорієнтація гідридів. Проведено механічні випробування зразків з різним вмістом водню до і після випробувань на переорієнтацію гідридів. Виходячи з отриманих результатів і результатів проведеного інформаційного пошуку, зроблено прогноз щодо ступеня небезпеки деградації властивостей оболонок ВЯП.

This paper presents results of experimental research into hydride reorientation and hydrogen embrittlement, which may occur in the FR cladding at conditions simulating normal and some accident modes of SNF handling. We performed experiments including heating the dummy FRs with Zr-1%Nb claddings with various hydrogen concentrations under internal pressure (cold pressure under cladding of 3, 4, and 5 MPа) to 450 ºC and holding at this temperature for 8 hours with subsequent cooling. It was established that at hydrogen concentration of 400 ppm, intensive hydride reorientation in the dummy FR claddings during thermal tests begins at tangential stresses of ≈ 55…60 MPа at 450 ºC. With a decrease in hydrogen concentration, intensity of the effect of the tests on hydride reorientation is significantly reduced. Thermal cycling at the stage of SNF holding in the SNF dry storage facility significantly intensifies hydride reorientation. In the claddings with a hydrogen concentration of 400 ppm, thermally cycled three times in the temperature range of 180↔450 °C, almost complete hydride reorientation occurs. Mechanical tests of samples with various hydrogen concentrations before and after the hydride reorientation tests were performed. Based on the results obtained and the information search conducted, a prediction was made on the risk level due to SNF cladding degradation.