Zirkoniové slitiny

 

Vlastnosti povlakové trubky palivového elementu ze Zr-slitin

Povlaková trubka palivového elementu ze Zr-slitin (v případě lehkovodních reaktorů) je první bariérou proti úniku štěpných produktů z tablet UO2 do primárního okruhu jaderných elektráren. V podmínkách liberalizace trhu s elektřinou se zvyšují nároky na
konkurenceschopnost a ekonomiku provozu jaderných elektráren při vysokém standardu jaderné bezpečnosti. Zvyšující se požadavky na spolehlivost jaderného paliva se zvyšujícím se vyhořením vyvolávají nutnost zlepšené predikce chování povlakových materiálů v reaktoru v normálních, abnormálních a havarijních stavech a na zlepšení výpočtových kódů pro modelování chování paliva.
Výzkum

UJP PRAHA a.s. se zabývá systematickým výzkumem povlakových trubek ze Zr-slitin již od r. 1972. V současnosti je výzkum zaměřen na dlouhodobé korozní vlastnosti Zr-slitin používaných v jaderné elektrárně Dukovany a   Temelín v porovnání se slitinami používanými v západních reaktorech typu PWR. Údaje o tloušťce oxidu, obsahu vodíku ve slitině a vlastnostech oxidu, které se zkoumají pomocí nejmodernějších metod ve spolupráci s pracovišti a AV ČR jsou zaneseny do databáze KOROZEDatabáze obsahuje cca 50 000 údajů (max. expozice vzorků 1600 d).

Vyvinuté metodiky umožňují sledovat i změnu vlastností oxidu při teplotních přechodech voda-pára-voda a výsledky přispívají k pochopení mechanizmu koroze. Publikované výsledky byly přijaty s příznivým výsledkem (USA, Park City, Tahoe). V oblasti chování palivových elementů v havarijních podmínkách je výzkum zaměřen na oxidační, creepové a termomechanické vlastnosti po vysokoteplotních přechodech typu LOCA. Výsledkem práce by měl být návrh konzervativního oxidačního kritéria závislého pouze na teplotním průběhu LOCA, které by zaručovalo minimální plasticitu povlaku (povlak by se neporušil při teplotním rázu a havarovací palivo by bylo možné vyvézt z reaktoru).

V oblasti nadprojektových havárií byly úspěšně v rámci 4. a 5. výzkumného programu EU otázky vzájemné reakce vodící trubky s regulačním elementem JE, rozpouštění tablety UO2 v taveninách (Zr, Fe) a (Zr, Ag) a oxidace slitin U-Zr-O, které vznikají při tavení palivových elementů.

 Z výsledků vyplývá, že dochází k významným reakcím již při teplotách nižších než je 1200 °C, což je teplota maximálně přípustná pro havarie typu LOCA. Při oxidaci slitin U-Zr-O dochází k eskalaci teploty již při 400 – 500 °C, což způsobuje mnohem rychlejší oxidaci než oxidace povlakové trubky (až 100×).