关键词:
SiC
停堆
包壳
性能
摘要:
日本福岛事故后,进一步提高事故容错能力成为核燃料包壳材料的重点研究方向,SiC复合材料在高温强度、辐照稳定性、抗蠕变、抗氧化、耐磨蚀等方面具有显著优势,在轻水堆事故工况下具备较大的容错潜力,因此,基于SiC复合材料的核燃料解决方案是目前国际核燃料界的一个研究热点。与锆合金不同,SiC在中子场的作用下会产生辐照缺陷,进而导致热导率大幅下降,进一步影响燃料棒的径向温度梯度;此外,还会伴随辐照肿胀的发生,且该辐照肿胀量与温度梯度有关。本文采用自主开发的SiC燃料性能分析程序,在考虑上述辐照效应的基础上,对功率运行/停堆工况下基于SiC复合包壳燃料元件的服役行为特点进行了分析。分析结果表明:在功率运行工况下,SiC复合包壳因辐照损伤致热导率降低,以及辐照肿胀会导致芯块-包壳间隙增大,并延迟芯块-包壳间隙闭合时间,进而会使燃料运行温度增加;在热停堆工况下,相比功率运行工况,包壳内侧的环向拉应力会增加;而冷停堆工况下因为系统压力的减小而导致包壳内外压差增加,叠加辐照肿胀梯度,包壳内侧的环向拉应力会进一步增加;此外,在包壳总壁厚不变的情况下,内侧纤维复合层厚度增加有助于减小单质层的环向拉应力峰值,从而降低包壳失效风险。