КОНТРОЛЬ СТРУКТУРЫ И МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ КАНАЛА СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ И ЗАЩИТЫ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА БОЛЬШОЙ МОЩНОСТИ ПО ИСТЕЧЕНИИ СРОКА ЭКСПЛУАТАЦИИ
ЗАДАНИЕ 2
РЕФЕРАТ 3
THE ABSTRACT 4
ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ 6
ВВЕДЕНИЕ 7
1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ 8
1.1 Цирконий и его сплавы 8
1.2 Сплавы циркония в атомной промышленности 10
1.3 Каналы системы управления и защиты 13
1.4 Влияние нейтронного облучения на сплавы циркония 18
1.4.1 Влияние облучения на кратковременные механические свойства 20
1.4.2 Влияние облучения на структуру 22
1.5 Водородное охрупчивание сплавов 24
1.6 Трещиностойкость 27
1.7 Постановка задачи исследования 32
2 МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ 34
3 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТА И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 38
3.1 Аттестация микроструктуры 38
3.2 Кратковременные механические свойства 43
3.3 Трещиностойкость 46
3.4 Определение содержания водорода 51
3.5 Применение современных методов для изучения микроструктуры 54
3.6 Выводы 59
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 60
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 61
Циркониевые сплавы используются в качестве материалов конструктивных элементов активных зон атомных энергетических реакторов, таких как оболочки тепловыделяющих элементов, топливных каналов и других элементов тепловыделяющих сборок. Для повышения выгорания ядерного топлива и, соответственно, улучшения экономической эффективности, а также уменьшения отработанных ядерных отходов, необходимы экспериментальные данные по изменению физико-механических свойств и структуры циркониевых сплавов под облучением. Так проектный срок службы топливных каналов РБМК должен был составить 30 лет. Для энергоблоков РБМК-1000 экономически целесообразно определить оптимальный срок работоспособности первого комплекта ТК для того, чтобы обеспечить суммарный ресурс работы реакторов с двумя комплектами ТК в течение 45 лет.
В процессе эксплуатации в реакторах циркониевые сплавы подвергаются интенсивному облучению, что может повлиять на их свойства. К ним относятся структурные, физико-химические и коррозионные изменения и превращения. Под действием облучения материалы охрупчиваются, изменяют свою форму, что приводит к возникновению дополнительных напряжений. Взаимодействие материалов ТК и каналов СУЗ с теплоносителем, в качестве которого в реакторах типа РБМК служит вода, может приводить к их наводороживаю и затем к образованию гидридов в материале. Гидриды выступают концентраторами напряжений и способствуют увеличению вероятности трещинообразования и снижению характеристик трещиностойкости. В отечественной и зарубежной литературе на момент написания работы практически отсутствовали сведения о характеристиках трещиностойкости при сроках эксплуатации, превышающих первоначально установленный проектный срок. Данная информация необходима для понимания изменений, протекающих при облучении, и надежного прогнозирования поведения элементов конструкций активной зоны. Поэтому задача исследования циркониевых сплавов после воздействия длительного облучения в реакторах на тепловых нейтронах остается особенно актуальной.
В данной работе проведены механические испытания образцов сплава Э125 канала СУЗ после эксплуатации в течение 36 лет и рассчитаны характеристики трещиностойкости при комнатной и температуре 100 °С. Методами оптической и электронной микроскопии, исследована структура и фазовый состав сплава, а также определено содержание водорода в исследуемых образцах.
В данной работе был проведен аналитический обзор литературы по вопросу исследования влияния длительного нейтронного облучения в процессе эксплуатации канала СУЗ на структуру и механические свойства циркониевых сплавов.
Методами оптической и электронной микроскопии, испытаний на растяжение кольцевых образцов и вязкость разрушения вдоль осевого и радиального направлений, определения содержания водорода в сплаве, изучены структура, фазовый состав сплава Э125 после длительной эксплуатации в реакторе с различных исследуемых участков по высоте канала, а также кратковременные механические свойства и характеристики трещиностойкости.
Полученные в ходе работы данные могут поспособствовать дальнейшему изучению влияния наводороживания и нейтронного облучения на характеристики трещиностойкости сплава, а также обоснования продления срока службы действующих каналов СУЗ с целью повышения экономической эффективности их эксплуатации.
