Studium mechanického chování pokrytí pokročilého jaderného paliva a jeho bezpečnostní hodnocení

Abstract

Dobrá znalost a modelování mechanického chování jaderného paliva je jedním ze základů termomechanické analýzy při provozu i v havarijních stavech, a proto je i při vývoji a počátku používání ATF paliv nutné mít představu o jejich chování založenou na experimentálních datech, na nichž je možné mechanické modely postavit. V rámci této práce byly provedeny dvě sady mechanických testů palivového pokrytí: axiální tahové zkoušky v JRC v Pettenu a creepové tangenciální zkoušky v CVŘ v Plzni. Testovaným materiálem bylo westinghouské Opt. ZIRLOTM a stejná slitina s chromovou ochrannou vrstvou. Tahové zkoušky byly prováděny v prostředí PWR a za stejných a vyšších teplot na vzduchu. Creepové zkoušky probíhaly na vzduchu za vysokých teplot. Zkoušky za zvýšených teplot odpovídaly růstu teploty v první fázi LOCA havárie. Z obou sad zkoušek byly následně odvozeny koeficienty do klasické stavové rovnice a do creepové rovnice. Modifikované stavové rovnice byly následně implementovány do výpočetního kódu FRAPTRAN a jeho modifikované verze pro pokročilé palivo. Nakonec byly provedeny výpočty LOCA havárie s jednotlivými typy pokrytí.

The sufficient knowledge and calculations of mechanical behaviour of fuel are one of the basic of analysis of fuel behaviour during nominal operation and transients, therefore it is necessary to a big amount of experimental results exist during development and begin of using ATF and this results can be base for the mechanical models. Within this thesis there were provided two sets of tests: axial tensile tests in JRC in Petten and ring creep tests in Research centre Řež in Pilsen. Material, which was tested, was Opt. ZIRLOTM from Westinghouse company and the same alloy with the chromium coating. The tensile tests were provided in the PWR conditions and in the same and higher temperatures in air. The creep tests were provided in air in high temperature. The high temperature experiments should correspond to the first phase of LOCA. The coefficients of equation of state and the coefficient of creep equation were derived from both sets of experiments. Modified equation of state was then implemented to the computer code FRAPTRAN and its version for ATF. Finally, the calculations of LOCA with some types of cladding were done.