Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
b. Sự thay đổi cấu trúc viên gốm nhiên liệu

b. Sự thay đổi cấu trúc viên gốm nhiên liệu

Tải bản đầy đủ - 0trang

Luận văn Thạc sĩ



Đặng Đình Ngọc



Ngồi ra q trình ép nóng (hot pressing) diễn ra trong khoảng 200 giờ hoạt

động đầu tiên lại ảnh hưởng rõ hơn tới các lỗ xốp lớn (làm mất đi các lỗ xốp do quá

trình bay hơi nhiên liệu từ bề mặt nóng của lỗ xốp và kết tủa phía bề mặt nguội

hơn), dẫn tới tạo thành khoảng trống phía trung tâm viên gốm. Hai quá trình trên

làm thay đổi mật độ vật liệu nhiên liệu tới giá trị khoảng 98 - 99% mật độ lý thuyết,

trong lò phản ứng nơtron nhiệt có thể làm giảm chiều cao cột nhiên liệu tới 7,5 cm

hoặc lớn hơn (so với chiều cao tổng khoảng 3,66 m).

Sự tăng mật độ nhiên liệu làm giảm khả năng truyền nhiệt và tăng cơng suất

sinh nhiệt tuyến tính viên nhiên liệu, dẫn tới công suất cục bộ đạt đỉnh và tăng năng

lượng tích tụ trong các thanh nhiên liệu.

Cùng với sự tăng mật độ vật liệu nhiên liệu theo cơ chế trên, một quá trình

phồng nở và rạn nứt (do ứng suất nhiệt, do sản phẩm phân hạch và do tác động bức

xạ tới cấu trúc vật liệu) lại đẩy viên gốm nhiên liệu theo chiều giãn dài cột và tăng

bán kính. Cả hai q trình trên dẫn tới bẻ cong và biến dạng thanh nhiên liệu

Gradien nhiệt độ lớn và vi cấu trúc nhiên liệu bị biến đổi rất nhanh phụ thuộc

từng vùng nhiệt độ sau khi cơng suất lò phản ứng đạt tới mức vận hành. Sau khi đạt

công suất thiết kế, mặt cắt nhiên liệu bao gồm một số vùng khác nhau mà giới hạn

của chúng phù hợp với các giá trị nhiệt độ tương ứng: Sự tái cấu trúc bao gồm 2

dạng lớn hơn của hạt. Trên 1.500 oC là dạng hạt to đẳng trục, các hạt lớn lên đẩy lùi

các lỗ thiêu kết và dồn chúng ra biên hạt. Trên 1.800 oC là quá trình tăng trưởng

kích thước hạt có định hướng, hạt có dạng cột dài và hẹp hướng theo tâm nóng của

trục nhiên liệu. Sự tái cấu trúc được cho là do 2 nguyên nhân: Do sự di chuyển của

lỗ xốp theo hướng gradien nhiệt độ và do quá trình khuếch tán trạng thái rắn. Sự

chuyển dịch các lỗ xốp về phía tâm của nhiên liệu gây ra quá trình biến đổi mật độ

hạt và tạo ra vùng trống ở tâm viên gốm. Sự thay đổi mật độ hạt này dẫn tới làm

tăng độ dẫn nhiệt của nhiên liệu và làm cho nhiệt độ tại vùng tâm viên gốm giảm.

Sự tái cấu trúc diễn ra trong vòng 24 giờ tại cơng suất vận hành. Sau đó là

những biến đổi chậm hơn, có quan hệ nhiều hơn với q trình chiếu xạ. Khi cơng



21



Luận văn Thạc sĩ



Đặng Đình Ngọc



suất lò phản ứng biến đổi nhanh chóng thì nhiệt độ nhiên liệu cũng bị thay đổi

nhanh chóng, dẫn tới ứng suất nhiệt thay đổi làm cho nhiên liệu bị nứt, những vết

nứt này có thể thấy rõ trên mặt cắt các viên gốm. Trong quá trình vận hành kéo dài,

các vết nứt phát triển do sự khuếch tán diễn ra trong quá trình phân hạch. Sau đó,

q trình biến đổi vi cấu trúc còn diễn ra tiếp tục theo thời gian và độ cháy.



Hình 1. 8. Sự thay đổi vi cấu trúc nhiên liệu UO 2 phụ thuộc nhiệt độ

và độ cháy nhiên liệu.



22



Luận văn Thạc sĩ



Đặng Đình Ngọc



Hình 1. 9. Sự biến đổi hình dạng viên gốm và vỏ thanh nhiên liệu trong lò

phản ứng



Hình



1.



1.10. Ảnh hưởng của nhiên liệu tới vỏ bọc E110RXA tại các giai

đoạnkhác nhau trong lò phản ứng VVER



23



Luận văn Thạc sĩ



Đặng Đình Ngọc



Hình 1.11. Thanh và bó thanh nhiên liệu có thể bị cong vênh trong lò phản ứng

c. Q trình mỏi và rão hóa vật liệu

Phần lớn các sự cố kỹ thuật gây ra bởi quá trình mỏi của vật liệu. Hư hỏng do

mỏi được định nghĩa là xu hướng của một vật liệu bị gãy hỏng do các vết nứt phát

triển khi lặp lại ứng suất có cường độ thấp hơn nhiều so với ứng suất phá hỏng. Số

chu kỳ cần thiết để gây ra hư hỏng mỏi tại một ứng suất thấp nói chung là khá lớn,

nhưng sẽ giảm khi ứng suất tăng lên. Mỏi nhiệt phát sinh từ ứng suất nhiệt được tạo

ra do những thay đổi nhiệt độ theo chu kỳ. Hư hỏng do mỏi xuất phát từ vết nứt

hoặc lõm nhỏ trong kim loại. Ban đầu các vết nứt lan truyền từ từ và sau đó tăng

nhanh khi ứng suất cục bộ tăng lên do giảm mặt cắt ngang chịu lực.

Ở nhiệt độ cao và ứng suất hoặc tải trọng không đổi, nhiều vật liệu tiếp tục

biến dạng với tốc độ chậm. Hiện tượng này được gọi là rão vật liệu. Tại một ứng

suất và nhiệt độ không đổi, tốc độ rão gần như không đổi trong một thời gian dài.

Khi nhiệt độ và ứng suất tăng lên, cùng với thời gian sự rão mỏi dần trở nên

quan trọng hơn và có khả năng gây ra hư hỏng vật liệu. Để đảm bảo hoạt động an

toàn, tổng biến dạng do rão phải thấp hơn biến dạng hư hỏng. Zircaloy có một giới

hạn rão thấp, và sự rão Zircaloy được xem xét chủ yếu trong thiết kế các thanh

nhiên liệu.



24



Luận văn Thạc sĩ



Đặng Đình Ngọc



Sự mỏi và rão vật liệu vỏ bọc thanh nhiên liệu tăng theo thời gian hoạt động,

cũng là theo chiều tăng độ cháy. Bên cạnh sự rão mỏi do nguyên nhân nhiệt độ cao

và biến đổi, vật liệu nhiên liệu và vỏ bọc còn bị giòn hóa dưới tác dụng bức xạ, oxy

hóa và hấp thu hydro, đặc biệt trong các điều kiện chuyển tiếp và tai nạn. Sự rão

mỏi và giòn hóa là ngun nhân thường xun làm suy yếu cơ tính của nhiên liệu.

Trong điều kiện mất ổn định về cơng suất, nhiệt độ, entanpy và áp lực khí phân

hạch tăng cao, tương tác nhiên liệu - vỏ bọc gia tăng, nhiên liệu đứng trước nguy cơ

khơng bảo tồn được dạng hình học, vỏ bọc bị phá vỡ dẫn tới phát tán chất phóng

xạ vào vòng tuần hồn sơ cấp.

1.4.Các phương pháp phân tích nhiên liệu hạt nhân Urani

1.4.1. Phương pháp phân tích phá hủy mẫu

Phương pháp xác định hàm lượng có tính chính xác và độ tin cậy khá cao,

tuy nhiên việc xử lý mẫu bắt buộc phải phá hủy, nghiền mịn mẫu đo thì mới có thể

áp dụng được. Các cơng đoạn trong q trình đo đạc xác định thường phức tạp dẫn

đến các chi phí phát sinh khá lớn.

Trong các phương pháp phân tích có phá hủy mẫu, phải kể đến 4 phương

pháp phổ biến nhất là đo bức xạ alpha, sử dụng khối phổ kế, phân tích sắc ký, và đo

bức xạ gamma trong ống khí ly tâm UF6.

a. Đo bức xạ alpha:

Trong tát cả các phương pháp phân tích nhiên liệu hạt nhân có phá hủy mẫu

thì phương pháp do búc xạ alpha là cơ bản nhất . Ta đã biết rằng các đồng vị Urani

đều là đồng vị khơng bền, hoạt độ phóng xạ thấp và đều phát ra tia alpha (α) nhưng

có các mức năng lượng đặc trưng khác nhau. Việc nghiền nhỏ hỗn hợp Urani và đưa

vào thiết bị đo trực tiếp alpha, đếm và tính tỉ số hoạt độ và tỉ số khối lượng sẽ xác

định được hàm lượng và độ giàu của mẫu nhiên liệu cần đo.

Phương pháp này khơng đòi hỏi cơng nghệ cao, việc che chắn giảm phơng

cũng đơn giản, dễ dàng , tính tốn và xử lý số liệu không phức tạp nhưng bắt buộc



25



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

b. Sự thay đổi cấu trúc viên gốm nhiên liệu

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×