高燃耗乏燃料组件包壳氢化物应力再取向对运输安全影响的评价方法研究

目前国内外压水堆核电厂所使用的核燃料组件逐步向长周期高燃耗转变。高燃耗组件燃料棒锆合金包壳内的氢化物应力再取向现象显著,导致包壳强度和韧性降低,在厂外运输中更易受到外部作用而破裂,失去对燃料芯块的包容限制功能。本文通过对氢化物应力再取向机理的分析,确定乏燃料包壳能够保持强度和韧性的条件,并结合具体型号的乏燃料组件运输容器设计,提出并实践了一种通过容器内温度场分析判断高燃耗乏燃料组件厂外运输条件下保持安全性的方法。

含裂纹锆合金包壳管氢致多场耦合行为的数值模拟研究

考虑氢化物应力再取向,给出了锆合金包壳管氢致多场耦合行为的理论模型。建立了相应的多场耦合计算方法,编程获得了有限元程序。针对内压作用下的含轴向裂纹包壳管,建立了有限元模型,对其氢致多场耦合行为进行了计算分析。研究结果表明:对于含大量固溶氢原子的含裂纹包壳管,只有裂纹尖端区域析出较多的氢化物,这主要是由于此处存在很大的静水应力梯度和氢原子浓度梯度,并具有较低的氢原子固溶度;裂纹尖端析出的氢化物绝大部分沿包壳管径向,致使包壳管易于产生径向开裂,威胁其安全性;内压施加完成后,因氢化物析出膨胀,裂纹尖端区域的环向应力、径向应力、静水应力及其梯度均随时间而降低,导致氢化物析出逐渐减速。

干法贮存中乏燃料包壳温度限值准则及机理分析

美国NRC编制的NUREG-1536《干法贮存的标准审查大纲》主要通过满足乏燃料包壳的温度限值来保证乏燃料干法贮存及后续运输的安全,但其发布的1997年版和2010年版关于乏燃料包壳的相关准则要求有较大差异。文章通过分析DCCG(Diffusion Controlled Cavity Growth)、蠕变开裂和氢化物应力再取向这三种乏燃料包壳破损的限制性机理,掌握了新版NUREG-1536取消DCCG机理并采纳氢化物应力再取向机理制定相关准则的原因。基于对准则制定机理的理解掌握,可以在干法贮存的工程应用中参照新版本准则开展设计。