ПОСЛЕРЕАКТОРНОЕ СОСТОЯНИЕ МАТЕРИАЛОВ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ТВЭЛОВ В КОНСТРУКТИВНОМ ИСПОЛНЕНИИ АКТИВНОЙ ЗОНЫ БН-800. ЧАСТЬ 1

Е. А. Кинёв, С. В. Барсанова, В. И. Пастухов, В. А. Цыгвинцев, Н. В. Глушкова

Аннотация


Актуальность. Материаловедческие данные о фактическом состоянии ТВС и твэлов реактора БН-800 после облучения отсутствуют, несмотря на успешную эксплуатацию установки в течение 2015–2025 гг. и перехода на полную загрузку активной зоны таблеточным МОКС-топливом. В этих условиях целесообразно использовать архив данных АО «Институт реакторных материалов» о послереакторном со стоянии прототипов твэлов БН-800, отработавших в 2010–2012 гг. в условиях реактора меньшей мощности – БН-600. Цель работы – представить отдельные результаты послереакторных исследований модельных твэлов БН-600 (прототипов твэлов БН-800), сохранивших герметичность после облучения в характерных для настоящего времени условиях БН-800. Материалы и методы. Модельные твэлы БН-600 изготовлены в конструктивном и геометрическом исполнении для активной зоны БН-800: оболочка из улучшенной стали класса Cr16-Ni15, таблеточный сердечник из втулок МОКС-топлива. Максимальные значения повреждающей дозы, выгорания материалов и температуры оболочек твэлов составили 84,7 сна, 11,6% т. а. и 600–650 °С соответственно. Послереакторные исследования материалов выполнены методами гамма-сканирования, профилометрии, гидростатической плотнометрии, металлографии и рентгеноструктурного анализа. Результаты. Значения одного из основных контрольных параметров (работоспособности вакансионного распухания) прототипов твэлов БН-800 оказались типичными для штатных твэлов БН-600, включая более ранние исследования экспериментального МОКС-топлива БН-600 (до 2003 г.). Индивидуальные структурные характеристики МОКС-топлива (поведение агрессивных продуктов деления, массоперенос топлива, матричные включения глобул обедненного UO2) не оказали доминирующего влияния на работоспособность модельных твэлов в конструктивном исполнении БН-800. Заключение. Архивные данные о поведении в более жестких условиях модельных твэлов БН-600, с конструкцией аналогичной БН-800, позволяют в настоящее время прогнозировать безопасный уровень значений контрольных материаловедческих параметров твэлов БН-800 и обосновывать перспективу увеличения их будущей работоспособности на основе МОКС-топлива тв оболочке из более радиационно-стойких сталей. Анализ других основных параметров работоспособности (коррозии и механических свойств оболочек) и состояния сварных соединений прототипов твэлов БН-800 будет представлен в публикации «Послереакторное состояние материалов экспериментальных твэлов в конструктивном исполнении активной зоны БН-800. Часть 2».

Ключевые слова


БН-800, БН-600, модельный твэл, оболочка, распухание, структура, МОКС-топливо

Литература


Крюков А.Н., Васильев Б.А., Фаракшин М.Р. Состояние и перспективы развития топлива для реакторов БН. – Вопросы атомной науки и техники. Сер. Материаловедение и новые материалы, 2023, № 5(121), с. 173–181. https://elibrary.ru/kbyjml

Адамов Е.О., Арутюнян Р.В., Большов Л.А. и др. Белая книга ядерной энергетики. Замкнутый ЯТЦ с быстрыми реакторами. Под общ. ред. проф. Е.О. Адамова. М.: НИКИЭТ, 2020. 496 с. https://elibrary.ru/xatnhm

Клинов Д.А., Гулевич А.В., Елисеев В.А. Особенности активных зон перспективных быстрых натриевых реакторов. В сб.: Избранные труды АО «ГНЦ РФ-ФЭИ», Обнинск, 2021, с. 26–37.

Kuznetsov A.E., Vasilev B.A., Farakshin M.R. et al. The BN800 core with MOX fuel. In: Proc. Int. conf. “Fast Reactors and Related Fuel Cycles: Next Generation Nuclear Systems for Sustainable Development (FR-17)”, Yekaterinburg (Russian Federation), 26–29 June 2017. Vienna: IAEA, 2018, р. 330. IAEA-CN245-405

Кинёв Е.А., Цыгвинцев В.А., Барыбин А.В., Пастухов В.И. Эволюция МОКС-топлива и ее влияние на оболочки твэлов из аустенитных сталей. – Вопросы атомной науки и техники. Сер. Материаловедение и новые материалы, 2019, № 5 (101), с. 105–114. https://elibrary.ru/yuxpkr

Спицын Е.В., Целищев А.В., Буданов Ю.П. Исследование влияния режимов аустенизирующего отжига на структурное состояние и характеристики длительной прочности и ползучести твэльных труб из аустенитной стали ЧС68-ИД. – Вопросы атомной науки и техники. Сер. Материаловедение и новые материалы, 2015, № 2(81), с. 4–14. https://elibrary.ru/uosygr

Портных И.А., Козлов А.В. Сравнительные исследования пористости, сформировавшейся в материале оболочек твэлов из стали ЧС68, изготовленных по технологии ПНТЗ и усовершенствованной технологии МСЗ, после эксплуатации в реакторе БН-600. – Известия вузов. Ядерная энергетика, 2011, № 1, с. 231–239. https://elibrary.ru/ogkdxd

Sali S.K., Kulkarni N.K., Phatak R., Agarwal R. Oxidation behaviour of plutonium rich (U, Pu)C and (U, Pu)O2. – J. Nucl. Mater., 2016, v. 479, p. 623–632. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2016.07.062

Kinev E., Barybin A., Tsygvintsev V., Glushkova N. Postreactor State of the Standard and Experimental BN-600 Fuel Kinds. In: Int. conf. “Fast Reactors and Related Fuel Cycles: Next Generation Nuclear Systems for Sustainable Development (FR-17)”, Yekaterinburg (Russia), 26–29 June 2017. IAEA-CN245-178


Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.