Электронно-зондовый рентгеноспектральный микроанализ топливных композиций и оболочек тепловыделяющих элементов ядерных реакторов
Диссертация
Исследовано влияние продуктов деления на состояние оболочек твэлов реакторов на быстрых нейтронах путем моделирования физико-химических процессов во внереакторных условиях и послереакторных исследований твэлов. Показано, что матричная (общая) коррозия оболочек твэлов из нержавеющих сталей, происходит в результате химического взаимодействия цезия и кислорода с хромом, дехромизации стали… Читать ещё >
Содержание
- Список сокращений и условных наименований
- Общая характеристика работы
- Глава 1. Разработка и совершенствование технических средств для микроанализа радиоактивных материалов
- 1. 1. Особенности конструкций и принципы модернизации приборов для анализа радиоактивных материалов
- 1. 2. Результаты разработки модифицированного микроанализатора для исследования облученного ядерного топлива
- 1. 3. Разработка программного обеспечения для количественного анализа облученного ядерного топлива
- 1. 4. Особенности электронно-зондового микроанализа облученного ядерного топлива
- Выводы к главе 1
- Глава 2. Методы и результаты исследования закономерностей поведения продуктов деления и компонентов топлива в твэлах реакторов ВВЭР
- 2. 1. Характеристика топлива, твэлов и условий облучения
- 2. 2. Разработка метода и исследование закономерностей накопления и распределения плутония в топливе реакторов ВВЭР
- 2. 3. Исследование закономерностей выгорания топлива реакторов ВВЭР
- 2. 3. 1. Разработка метода экспериментального определения содержания неодима в качестве монитора выгорания топлива
- 2. 3. 2. Разработка и верификация физико-математической модели расчета выгорания
- 2. 3. 3. Результаты исследования закономерностей выгорания топлива, сравнение с другими методами
- 2. 4. Особенности выгорания уран-гадолиниевого топлива
- 2. 5. Исследование закономерностей поведения газообразных продуктов деления в топливе реакторов ВВЭР
- 2. 5. 1. Разработка метода определения содержания ксенона в облученном топливе
- 2. 5. 2. Разработка и верификация физико-математической модели образования газообразных продуктов деления топлива при облучении
- 2. 5. 3. Закономерности поведения ксенона и реструктуризации высоковыгоревшего топлива
- 2. 6. Закономерности поведения цезия в топливе реакторов ВВЭР
- 2. 7. Влияние режимов облучения в реакторных экспериментах на структуру топлива и поведение ксенона и цезия
- 2. 8. Исследование переноса циркония из оболочки в топливо
- Выводы к главе 2
- Глава 3. Исследование закономерностей поведения продуктов деления и компонентов топлива в твэлах реактора РБМК
- 3. 1. Характеристика топлива, твэлов и условий облучения
- 3. 2. Закономерности накопления и распределения продуктов деления и плутония в твэлах при штатной эксплуатации
- 3. 3. Влияние режимов облучения на структуру топлива и распределение продуктов деления
- Выводы к главе 3
- Глава 4. Влияние продуктов деления на состояние оболочек твэлов реакторов на быстрых нейтронах
- 4. 1. Разработка методов и результаты внереакторного моделирования физико-химических процессов взаимодействия продуктов деления с материалами оболочек твэлов
- 4. 2. Физико-химическое взаимодействие топлива и продуктов деления с оболочками твэлов реактора БОР-бО
- 4. 3. Влияние состава и структурного состояния материалов оболочек на коррозию в результате взаимодействия с продуктами деления топлива
- Выводы к главе 4
- Глава 5. Особенности поведения продуктов деления в твэлах с уран-плутониевым оксидным виброуплотненным топливом
- 5. 1. Характеристика топлива, твэлов и условий облучения
- 5. 2. Особенности физико-химических процессов в твэлах с уран-плутониевым виброуплотненным топливом без геттера
- 5. 3. Закономерности распределения компонентов и продуктов деления топлива в виброуплотненных твэлах с геттером
- Выводы к главе 5
Список литературы
- Стратегия развития атомной энергетики в первой половине XXI века. Москва: ФГУП «ЦНИИатоминформ», 2001. 64 с
- Data Base on the Behavior of High Burnup Fuel Rods with Zr 1% Nb Cladding and U02 Fuel (VVER type) under Reactivity Accident Conditions. — NUREG/IA-0156 vol. 1−3. — IPSN, NSIRRC, 1999.
- Бирке JI.C. Рентгеновский микроанализ с помощью электронного зонда: Пер. с англ. / Под ред. К. И. Нарбутта. М: Металлургия, 1966. — 216 с.
- Yateg О., Bramman J.I. The identification of an unknown constituent in the elec-tronprobe microanalysis of inclusions in irradiated oxide fuels // J. Nucl. Mat. 1968. -V. 27.-P. 88−93.
- Крюков Ф.Н., Голованов B.H. Применение отечественного микроанализатора МАР-2 для исследования материалов ядерной энергетики // Аппаратура и методы рентгеновского анализа. Л.: Машиностроение. — 1982. — Вып 26. — С. 2229.
- Maeda A., Iwai Т., Ohmichi Т. and Handa М. Quality control of uranium-plutonium mixed carbide and nitride fuels. IAEA — TECDOC-466 (1988). — P. 35.
- Гоулдстейн Дж., Яковиц X. Практическая растровая электронная микроскопия.-М.: Мир, 1978.-656 с.
- Крюков Ф.Н., Никитин О. Н., Кашкиров С. П. Аналитический комплекс на основе рентгеноспектрального микроанализатора МАР-4 для исследования облученных материалов // Известия РАН. Серия физическая. 2004. — Т. 68. — № 9.-С. 1349−1351.
- Растровая электронная микроскопия и рентгеновский микроанализ. В 2 т. Т. 1 / Д. Гоулдстейн, Д. Ньюбери, П. Эчлин П. И др. М.: Мир, 1984 — 348 с.
- Рид С. Электронно-зондовый микроанализ. М.: Мир, 1979. — 424 с.
- Mogensen М., Pearce J.H., Walker С.Т. Behavior of fission gas in the rim region of high burnup U02 fuel pellets with particular reference to results from an XRF investigation // J. Nucl. Mater. 1999. — V. 264. — P. 99−112.
- Perrot M. Microanalyse d’echantillons irradies par la microsonde de castaing application au combustible nucleaire MOX. Saclay: Centre d’Etudes Nucleaires, 1995.- 182 p.
- Разработка, производство и эксплуатация тепловыделяющих элементов энергетических реакторов. В 2 т. Т.1. / Ф. Г. Решетников, Ю. К. Бибилашвили, И. С. Головнин и др. М: Энергоатомиздат, 1995. — 316 с.
- Walker С.Т., Bager С., Mogensen М. Observations on the release of cesium from U02 fuel // J. Nucl. Mater. 1996. — V. 240. — P. 32−42.
- Крюков Ф.Н., Лядов Г. Д., Никитин О. Н., Четвериков А. П. Результаты исследования накопления и радиального распределения плутония в топливе реакторов ВВЭР // Сборник трудов / ГНЦ РФ НИИАР, 2005. Вып. 1. — С. 3−13.
- Крюков Ф.Н., Лядов Г. Д., Никитин О. Н., Смирнов В. П., Четвериков А. П. Радиальное распределение выгорания и содержания плутония в топливных таблетках ВВЭР // Атомная энергия. 2006. — Т. 100. Вып. 1. С. 3−8.
- Lassmann К., О’Carroll С., Van de Laar J. and Walker C.T. The radial distribution of plutonium in burnup U02 fuels// J. Nuc. Mater. 1994. — V.208. — P. 223 231.
- Курчатов С.Ю., Лиханский B.B., Сорокин A.A., Хоружий О. В. Моделирование кодом РТОП радиальных профилей тепловыделения и накопления изотопов плутония в оксидном топливе высокого выгорания // Атомная энергия. 2002. -Т. 92.-Вып. 4.-С. 317−324.
- Крюков Ф.Н., Лядов Т. Д., Никитин О. Н., Четвериков А. П. Применение рентгеноспектрального микроанализа для определения локального выгорания топлива реакторов ВВЭР // Сборник трудов / ГНЦ РФ НИИАР. 2003. — Вып. 4.-С. 3−13
- Радиационные характеристики облученного ядерного топлива: Справочник / В. М. Колобашкин, П. М. Рубцов, П. А. Ружанский, В. Д. Сидоренко. М.: Энер-гоатомиздат. 1983. — 384 с.
- Крюков Ф.Н., Никитин О. Н. Методика рентгеноспектрального микроанализа содержания ксенона в облученном оксидном топливе // Сборник трудов / ГНЦ РФ НИИАР. 2002. — Вып. 4. — С. 19−29.
- Ukai S., Hosokawa Т., Shibahara I. and Enokido Y. Evaluation of the fission gas release behavior from fast reactor mixed oxide fuel based on local concentration measurement of retained xenon // J. Nucl. Mater. 1988. V. 151. — P. 209−218.
- Walker C.T. Measurement of retained Xe in fuels // J. Nucl. Mater. 1979. — V. 80.-P. 190−193.
- Блохин M.A., Швейцер И. Г. Рентгеноспектральный справочник. М.: Наука, 1982.-376 с.
- Крюков Ф.Н., Лядов Г. Д., Никитин О. Н. Способ расчета накопления газовых продуктов деления в топливе реакторов на тепловых нейтронах // Сборник трудов / ГНЦ РФ НИИАР. -2004. Вып. 1. — С. 3 -10.
- White R.J., Fisher S.B., Cook P.M.A., et al. Measurement and analysis of fission gas release from BNFL’s SBR MOX fuel // J. Nucl. Mater. 2001. — V. 288. — № 1. -P. 43−56.
- Walker C. Electron probe microanalysis of irradiated nuclear fuel: an overview // J. Anal. At. Spectrom. 1999. — V. 14. — P. 447−454.
- Spino J., Vennix K., Coquerelee M. Detailed characterization of the rim micro-structure in PWR fuels in the burn-up range 40−67 GWd/tM // J. Nucl. Mater. 1996. -V. 231.-P. 179−190.
- Крюков Ф.Н., Лядов Г. Д., Никитин О. Н. Анализ состояния газовых продуктов деления в облучённом топливе реакторов ВВЭР// Сборник трудов. Димитровград: ГНЦ РФ НИИАР, 2005. — Вып. 1 — С. 14−25.
- Крюков Ф.Н., Кузьмин С. В., Лядов Г. Д., Никитин О. Н., Смирнов В. П. Рент-геноспектральный микроанализ ксенона в облучённом топливе тепловых реакторов // Атомная энергия. 2006. — Т. 100. — Вып. 2. — С. 92−96.
- Гончаренко Ю. Д., Евсеев Л. А., Казаков В. А., Крюков Ф. Н., Никитин О. Н. Применение метода ВИМС для исследования облученного ядерного оксидного топлива // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2003. — № 3. — С. 104−107.
- Walker C.T. Assessment of the radial extent and completion of recrystallisation in high burn-up U02 nuclear fuel by EPMA // J. Nucl. Mater. 1999. V. 275. — P. 56−62.
- Itagaki N., Tsuda K., Azuma Т., Karasawa Т., Suzawa Y., Anegawa Т., Uegata T. Experience and development of BWR fuel supplied by NFI // Ibid. P. 482 — 491.
- Ronchi C. Extrapolated equation of state for rare gases at high temperatures and densities // J.Nucl. Mater. 1981. — V. 96. — P. 314−322.
- Оландер Д. Теоретические основы тепловыделяющих элементов ядерных реакторов / Пер. с англ. В 3 ч. Ч. 1. / Под ред. И. И. Федика, А. С. Гонтаря. М., ЦНИИатоминформ, 1982. — 612 с.
- Materials Science and Technology. A Comprehensive Treatment. V. 10A. / Ed. B. Frost. Weinheim-New York-Basel-Cambridge-Tokio: VCH, 1994. — 558 p.
- Smirnov A., Kanashov В., Kuzmin S., F. Kryukov et al. Fission Gas Release from High Burnup VVER-440 Fuel under Steady State and Transient Operation Conditions // Nuclear Energy. V. 2002. — no. 2 — P. 63−84.
- Шефер Г. Химические транспортные реакции. -М.: Мир, 1964. 189 с.
- Крюков Ф.Н., Лядов Г. Д., Никитин О. Н. Исследование поведения продуктов деления и компонентов топлива в твэлах реактора РБМК-1000 // Сборник трудов/ГНЦ РФ НИИАР, 2005.-Вып. 1.-С. 14−25.
- Nuclear Data Library of Fission Products, second version / Ed. M. Yoshikawa/ -Japanese Nuclear Data Committee. Japan Atomic Energy Research Institute, 1990. -253 p.
- Давыдов Е.Ф., Шамардин B.K., Крюков Ф. Н. Конструкционные материалы быстрых реакторов. Коррозия материалов оболочек твэлов в результате физико-химического взаимодействия с оксидным топливом: Обзор. Димитровград: НИИАР, 1984.-96 с.
- Давыдов Е.Ф., Крюков Ф. Н., Шамардин В. К. Влияние коррозии оболочек твэлов быстрого реактора на их механические свойства // Атомная энергия. 1985. -Т. 59. — Вып. 3,-С.'226−227.
- Кохтев С.А., Чернышев К. Б. Методика внереакторного моделирования химического взаимодействия оксидного ядерного топлива с оболочкой твэла быстрого реактора // Металлы и сплавы для атомной техники. М.: Энергоатом-издат, 1985.-С. 35−39.
- Кохтев С.А., Чернышев К. Б., Кукк А. В., Полянский А. А. Внереакторные исследования как метод экспрессного изучения физико-химического взаимодействия между продуктами деления оксидного топлива и оболочкой // Там же. С. 39−40.
- Шамардин В.К., Крюков Ф. Н. Методы исследования и результаты экспериментов, моделирующих физико-химическое взаимодействие нержавеющих сталей с продуктами деления ядерного топлива: Обзор. М.: ЦНИИатоминформ, 1989.-31 с.
- Gotzmann О. Fuel and cladding interaction, out-of-pile experiments // Technical committee meeting on fuel and cladding interaction. Tokyo: IAEA. — 1977. — P. 3740.
- Batey W., Baqley K.Q. Fuel/clad reactions in irradiated oxide fuel pins // J. British Nucl. Energy Soc.- 1974.-V. 13.-P. 49−61.
- Batey W., Finflay J.R. UK experience on fuel and cladding interaction in oxide fuels // Technical committee meeting on fuel and cladding interaction. Tokyo: IAEA.- 1977.-P. 97−104.
- Hofmann P., Gotzmann O. Chemical interactions of fission products with stainless steel claddings// Behaviour and chemical state of irradiated ceramic fuels. -Vienna: IAEA. 1974. — P. 237−254.
- Gotzmann O., Hoffmann P., Thummler F. Attack upon the cladding of oxide fuel pins by fuel and fission products// J. Nucl. Mater. 1974. — V. 52. — P. 33−50.
- Aubert M., Calais D., Le Beuze R. Role de Tiode sur le developpement de la reaction entre lem combustible et sa gaine in acier inoxydable (type 316) dans les reac-teurs // J. Nucl. Mater. 1975. -V. 58. — P. 257−277.
- De Keroulas F., Le Beuze R., Galais D. Reaction, а Г interface gaine combustible dans les elements combustibles irradies // Ibid. 1972. — V. 43. — P. 313−320.
- Johnson C.E. Grouthamel C.E. Cladding interactions in mixed oxide irradiated fuels // Ibid. 1970. — V. 34. — P. 101−104.
- Adamson M.G. Out-of-pile experiments performed in the U.S. fuel cladding chemical interaction // Technical committee meeting on fuel and cladding interaction. Tokyo: IAEA. — 1977. — P. 108−136.
- Blackburn P.E., Johnson C.E. Chemical modelling of uranium, plutonium and oxygen redistribution in oxide fuels by vapour transport and diffusion // Thermodynamics of nuclear materials. Vienna: IAEA. — 1975. — V.l. — P. 17−33.
- Thummler F., Kleykamp H., Hofmann P. Der einfluus chemischer factoren aut bestrahlunhsverhalten von oxidbrennstoff // J. Nucl. Mat. 1979. — V. 81. — P. 215 230.
- Gotzman O. Einfluss von verunzeinigungen auf die hullinnenkorrosion von stahlumhullten oxidischen brennstaben // Ibid. 1979. — V. 81. — P. 231−240.
- Верятин У.Д., Маширев В. П., Рябцев Н. Г. и др. Термодинамические свойства неорганических веществ: Справочник/ Под ред. А. П. Зефирова. М.: Атом-издат, 1965.-459 с.
- Коррозия: Справочник / Под ред. JI.JI. Шрайера. М.: Металлургия, 1981. -631 с.
- Fee D.C., Kim K.Y., Johnson C.E. Phase equilibria in the Cs-Cr-0 system // J. Nucl. Mater. 1979. — V. 84. — P. 286−294.
- Bradbury M.H., Pickering S., Whitlow W.H. Some proposed mechanisms for internal cladding corrosion // Technical committee meeting on fuel and cladding interaction. Tokyo: IAEA. — 1977. — P. 51−63.
- Жук Н. П. Курс теории коррозии и защиты металлов. М.: Металлургия, 1976. -472 с.
- Цыканов В.А., Давыдов Е. Ф. Радиационная стойкость тепловыделяющих элементов ядерных реакторов. М.: Атомиздат, 1977. — 135 с.
- Цыканов В.А., Давыдов Е. Ф., Клочков Е. П., Шамардин В. К., Голованов В. Н., Крюков Ф. Н. Исследование физико-химического взаимодействия оксидного топлива с оболочками твэлов быстрого реактора // Атомная энергия. -1984.-Т. 56.-Вып. 4.-С. 195−199.
- Fee D.C., Johnson C.E. Cesium thermomigration and reaction in nuclear fuels // J. Nucl. Mater. 1981. — V. 96. — P. 71−79.
- Roake W.E. Implications and control of fuel-cladding chemical interaction for LMFBR fuel pin design // Technical committee meeting on fuel and cladding interaction. Tokyo: IAEA. — 1977. — P. 189−206.
- Fee D.C., Johnson С.Е. Cesium thermomigration and reaction in nuclear fuels // J. Nucl. Mater. 1981. — V. 96. — P. 71 -79.
- Fee D.C., Johnson C.E. Cesium-uranium-oxygen chemistry in uranium-plutonium oxide fast reactor fuel pins // J. Nucl. Mater. 1981. — V. 99. — P. 107−116.
- Potter P.E., Some phase equilibria and thermodynamic considerations for irradiated oxide nuclear fuels // Behaviour and chemical state of irradiated ceramic fuels. Vienna: IAEA. — 1974. — P. l 15−155.
- Физическое металловедение. В 2 т. Т. 2 / Под ред. Р. Кана. М.: Мир, 1968. -491с.
- Приданцев М.В. Влияние примесей и редкоземельных элементов на свойства сплавов. -М.: Металлургиздат, 1962. 206 с.
- Колотыркин Я.М., Каспарова О. В. Сегрегация примесей на границах зерен нержавеющих сталей // Коррозия и защита от коррозии / Под ред. Я.М. Коло-тыркина. М.: ВИНИТИ. — 1978. — Т. 6. — С. 180−217.
- Савицкий Е.М., Попов В. Ф., Кейс Н. В. Влияние редкоземельных металлов на структуру и свойства конструкционных сталей // Там же. С. 222−225.
- Савицкий Е.М., Барон В. В., Фролов В. А. Редкоземельные металлы, сплавы и соединения. М.: Наука, 1973. — 364 с.
- Кудрявцев А.А. Химия и технология селена и теллура. М.: «Высшая школа», 1961.-285 с. '
- Тепловыделяющая сборка ядерного реактора изобретение: А.С. № 991 853, 12.02.1981 г./ В. Н. Голованов, Ф. Н. Крюков, А. А. Маершин, А. А. Петухов. -Опубл. 10.11.2001, БИ № 31 -2001.-415.
- Способ обработки оболочек тепловыделяющих элементов: А.С. № 1 503 308, 11.09.87/ В. Н. Голованов, Ф. Н. Крюков, В. К. Шамардин. Опубл. 20.12.2001, БИ № 35−2001.-288.
- Кислый B.A., Кормилицын M.B., Крюков Ф. Н., и др. Особенности поведения продуктов деления в твэлах с виброуплотнённым топливом // Сборник трудов / ГНЦ РФ НИИАР. 2005. — Вып.З. — С.20−36.
- Крюков Ф.Н., Кислый В. А., Кормилицын М. В. и др. Распределение продуктов деления в облученном виброуплотненном оксидном топливе // Атомная энергия. 2005. — Т. 99. — Вып. 5. — С. 380−387.
- Фурман А.А. Неорганические хлориды. М.: Химия. — 1980. — 416 с.