Využití tenkých povlaků palivového pokrytí jaderných elektráren pro zvýšení jeho odolnosti při havarijních situacích

Abstract

Vývoj jaderného paliva se zvýšenou odolností vůči havarijním situacím je celosvětově jedním z hlavních cílů jaderného výzkumu. Bakalářská práce se zabývá experimentálním testováním zirkoniového palivového pokrytí s povrchovou vrstvou chromu v podmínkách vysokoteplotního přechodu během havárie se ztrátou chladiva LB-LOCA. Metodika použitá v této práci se primárně zaměřuje na vysokoteplotně oxidované vzorky s vrypy v nanesené povrchové vrstvě. Vrypy simulují rozpraskání ochranné vrstvy palivového pokrytí, ke kterému dochází při nafukování palivových proutků v první fázi havárie LB-LOCA. Bylo zjištěno, že praskliny ochranné vrstvy lokálně vedou ke zvýšené degradaci palivového pokrytí, které může v konečném důsledku vést až k přetržení palivových proutků. Po provedení experimentů byly vzorky podrobeny analýzám na optickém mikroskopu, měření mikrotvrdosti, prstýnkové tlakové zkoušce a stanovení obsahu vodíku. Stanovením vlivu vrypu na celkové vlastnosti palivového pokrytí je možné efektivně vyhodnotit prodloužení času potřebného k vyřešení havárie.

The development of nuclear fuels with enhanced accident tolerance is one of the main current objectives of researchers around the world. This bachelor thesis deals with experimental testing of zirconium-based nuclear fuel cladding with a chromium coating within the high-temperature transient during the LB-LOCA accident. The experimental methodology used in this contribution mainly focuses on high-temperature oxidized specimens after scratch-test to simulate cracks of coating appearing due to the ballooning process occurring in the first stage of the LB-LOCA accident. It was observed, that coating defects locally lead to accelerated degradation of fuel cladding which might result in a rupture. After performing experiments, the specimens were tested using optical microscopy, microhardness, ring compression test, and evaluated hydrogen content. By determining the effect of scratches on the overall properties of the cladding the extension of the coping time in the accidental conditions can be effectively evaluated.