Zirconium cladding oxidation and hydriding, literature survey and oxidation model
No Thumbnail Available
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Helsinki University of Technology |
Diplomityö
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author
Instructions for the author
Authors
Date
2008
Department
Major/Subject
Korroosionestotekniikka
Mcode
Mak-85
Degree programme
Language
en
Pages
70 (+6)
Series
Abstract
Ydinpolttoaineen suojakuoren eheyden säilyttäminen on tärkeää. Nykysuuntaukset, laitosyksiköiden tehotasojen nostaminen ja polttoaineen palaman kasvu asettavat yhä korkeampia vaatimuksia polttoaineen suojakuorelle. Tämä diplomityö koostuu kirjallisuusselvityksestä ja hapettumismallista. Kirjallisuusselvitys luo yleiskatsauksen sirkonisuojakuoren tärkeimpiin korroosiomekanismeihin, hapettumiseen ja hydridinmuodostukseen. Mekanismeja tarkastellaan sekä käyttöoloissa, teoreettisena pohjana mallintamiselle että oloissa, jotka ovat ominaiset tärkeimmälle suunnitteluperusteiselle onnettomuustyypille, jäähdytteenmenetysonnettomuudelle. Suojakuoren korroosioon vaikuttavat monet tekijät kuten metallin ja oksidikalvon rakenteet, säteily, vesikemia ja lämpötila. Etenkin tiiviin sirkonidioksidikalvon ominaisuuksien uskotaan määräävän materiaalin hapettumis- ja vetyabsorptionopeuksia. Työssä vertailtiin seoksia, joita käytetään Loviisan voimalaitoksen polttoainesauvoissa: Zircaloy-4 ja Zrl %Nb (E110). Oleellisin ero materiaalien käyttäytymisten välillä liittyy säteilyn vastakkaiseen vaikutukseen niiden korroosionopeuksissa. Neutronisäteily näyttäisi jopa hidastavan Zrl%Nb:n hapettumista. Tavoitteena oli laatia Loviisan polttoaineen suojakuoren käytönaikaista hapettumista kuvaava malli ja suosittaa laskuissa käytettävien vakioiden arvoja. Malli laskee joko suojakuoren hapettumisnopeuden tai oksidikerrospaksuuden arvot polttoainesauvakohtaisesti, seitsemälle eri aksiaalisnoodille. Malli perustuu hapettumiskinetiikkaa ja lämmönsiirtoa kuvaaviin yhtälöihin. Mallintamisessa käytettiin kirjallisuusparametreja, Loviisan laitos- ja polttoainesauvakohtaisia lähtöarvoja, sekä mitattuja oksidikerrospaksuuksia vertailuarvoina. Malli toteutettiin taulukkolaskentaohjelma Excelillä. Kirjallisuuslähtöarvoilla lasketut tulokset olivat keskimäärin noin 40 % kokeellista mittausdataa pienempiä. Mittaustuloksiin sovitetuilla vakioiden arvoilla lasketut tulokset vastasivat keskimäärin hyvin vertailuarvoja, ollen kuitenkin hieman konservatiivisia. Tyypillisesti mallin laskema, sauvan aksiaalissuuntainen oksidikerrospaksuuden jakautuman pieneneminen kuudennesta seitsemänteen noodiin, oli mittaustuloksia pienempi, palauttaen siis mitattua suuremman arvon. Toisaalta mallin ennustama oksidikerroksen kasvu kolmannen ja neljännen käyttöjakson välillä oli pienempi kuin mittaustuloksissa. Näin onkin syytä käyttää eri vakioiden arvoja käyttöajasta tai palamasta riippuen.Description
Supervisor
Forsen, OlofThesis advisor
Aromaa, JariTeräsvirta, Risto
Keywords
zirconium, sirkoni, cladding, suojakuori, nuclear fuel, ydinpolttoaine, oxidation, malli, hydriding, hapettuminen, model, hydridinmuodostus, LOCA, LOCA