Введение 13
Глава 1 Литературный обзор 15
1.1 Взаимодействие водорода с металлом 15
1.1.1 Фазовая диаграмма 17
1.2 Циркониевые сплавы в реакторостроении 18
1.2.1 Влияние основных легирующих элементов на поглощение водорода 20
1.2.2 Влияние основных легирующих элементов на коррозионную стойкость .. 22
1.3 Механизм окисления 24
1.4 Основные деградирующие явления с участием водорода 25
1.4.1 Разрушение гидрированных сплавов циркония 27
1.5 Методы насыщения 29
1.5.1 Электролитический метод 29
1.5.2 Метод насыщения в смеси газов 31
1.5.3 Метод перераспределения водорода 33
Глава 2 Материал и методы исследования 35
2.1 Материал 35
2.2 Насыщение из газовой атмосферы 36
2.3 Рентгеноструктурный анализ 40
2.4 Измерение твердости по методу Виккерса 41
Глава 3 Экспериментальная часть 43
3.1 Результаты исследований 43
Г лава 4 Социальная ответственность 49
4.1 Вредные факторы проектируемой производственной среды 49
4.1.1 Производственный шум 49
4.1.2 Микроклимат 51
4.1.3 Расчет искусственной освещенности 53
4.2 Выявление опасных факторов проектируемой производственной среды 56
4.2.1 Электробезопасность 56
4.2.2 Пожаровзрывобезопасность 58
4.2.3 Сосуды, находящиеся под высоким давлением 59
4.3 Чрезвычайные ситуации 60
4.4 Охрана окружающей среды 65
4.5 Перечень нормативных документов 66
Глава 5 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсоснабжение 68
5.1 Структура работ в рамках научного исследования 68
5.2 Планирование управления научно-техническим проектом 70
5.3 Бюджет научного исследования 73
5.4 Расчет материальных затрат исследования 73
5.5 Основная заработная плата 74
5.6 Дополнительная заработная плата 75
5.7 Отчисления на социальные нужды 76
5.8 Расчет затрат на научные и производственные командировки 76
5.9 Накладные расходы 76
Заключение 80
Список литературы 81
ПРИЛОЖЕНИЕ А 87
Цирконий, имеющий уникальные свойства, такие как прочность, высокая коррозионная стойкость и нейтронная прозрачность, стал незаменимым конструкционным материалом для активных зон (АЗ) легководных ядерных реакторов [1-4]. Тепловыделяющий элемент (ТВЭЛ) является главным конструкционным элементом АЗ реактора, содержащий ядерное топливо. В отечественном реакторостроении оболочки ТВЭЛов обычно изготавливаются из циркониевого сплава Э110 [4]. Одним из важных требований к изделиям из циркониевых сплавов активной зоны реакторов является низкое поглощение водорода, поскольку водородное охрупчивание может служить одной из причин разгерметизации циркониевой оболочки. В зависимости от уровня содержания водорода в виде твердого или в виде гидридов. Степень наводороживания циркониевых сплавов зависит от многих факторов, в частности от температуры эксплуатации и интенсивности коррозии [5]. Растворимость водорода в цирконии и его сплавах при температуре 300 К не превышает 0,09 ppm, а при температуре 660 К - до 200 ppm, остальная часть водорода выделяется в виде гидридной фазы. Наибольший охрупчивающий эффект на циркониевые сплавы оказывает гидридная фаза, так как гидриды обладают более низкой пластичностью, чем циркониевая матрица, и могут служить участками образования и развития трещин [6-9]. Степень влияния водорода будет определяться количеством и строением выделившихся гидридов, равномерностью их распределения и ориентацией относительно направления деформации. Зачастую гидрирование оболочки твэла происходит неравномерно, имеют место локальные мощные скопления гидридов. Так, при эксплуатации в BWR и PWR по толщине образуется градиент концентрации водорода и выделения гидридов с формированием плотного гидридного слоя толщиной 50100 мкм у внешней поверхности [10]. Такой гидридный слой является потенциальным местом зарождения хрупкой гидридной трещины в оболочке твэла, что может приводить к попаданию ядерного топлива или, по меньшей мере, газообразных и легколетучих продуктов деления в теплоноситель.
Поэтому, учет влияния распределения водорода на свойства оболочки является важной задачей при техническом проектировании твэла, особенно в режимах нарушения нормальных условий эксплуатации топлива. Для этого необходимо проведение комплексных исследований влияния градиента концентрации водорода на прочностные характеристики оболочек твэлов. Таким образом, возникает необходимость подготовки образца сплава Zr, абсорбирующего водород, для анализа механических свойств с учетом распределения гидридов.
При непосредственном контакте циркониевых оболочек с водой при высокой температуре возникают проблемы, связанные с окислением и поглощением водорода. В процессе эксплуатации твэлов могут возникать различные деградирующие явления с участием водорода (водородное охрупчивание, образование крупных массивных гидридов и замедленное гидридное растрескивании).
Программой дальнейшего развития атомной энергетики России до 2020 г. поставлена задача повышения эффективности использования топлива. Для выполнения данной задачи необходимо изучение явления равномерно распределенных зон концентрации гидридов в поверхностном слое оболочек твэлов. Исследования механических свойств таких оболочек в дальнейшем поможет увеличить время эксплуатации твэлов и избежать аварии, связанные с данным процессом.
В данной работе представлены метод и режим насыщения, с помощью которого возможно формирование градиента содержания гидридов, на установке PCI «Gas Reaction Controller» методом Сивертса. Также в работе были получены образцы с плотным содержанием гидридов вблизи его внешней поверхности и проведены исследования этих образцов с целью подтверждения работоспособности данного метода насыщения.
