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PWR失水事故工况下燃料包壳与水蒸汽反应研究

STUDY OF FUEL CLADDING-STEAM REACTION UNDER A LOSS OF COOLANT-ACCIDENT (LOCA)

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【作者】 马树春孙源珍陈望春毕安泰

【Author】 MA SHUCHUN;SUN YUANZHENG;CHEN WANGCHUN;BI ANTAI China Institute of Atomic Energy, P. O. Box 275, Beijing, 102413

【机构】 中国原子能科学研究院反应堆工程技术研究所中国原子能科学研究院反应堆工程技术研究所 北京102413北京102413

【摘要】 文章描述PWR失水事故工况下燃料包壳与水蒸汽的氧化反应行为。国产Zr-4包壳管在900-1500℃流动水蒸汽中的等温反应速率在1000℃以上遵循抛物线规律,ZrO2层、α-Zr(O)层和ZrO2+α-Zr(O)层的成长在此温度以上也遵循抛物线规律,其速率常数分别为:K,(O2)=4.98 ×105exp(-20907/T),mg2·cm4·s-1;K,(ZrO2)=0.0104exp(-17592/T),cm2·s-1;K,(α-Zr(O))=0.6407exp(-23207/T),cm2·s-1;K,(ξ)=0.3025exp(-20194/T),cm2·s-1。高温水中形成的氧化膜使1100℃以下的锆合金与水蒸汽的反应速率降低,不同表面处理和热处理对其影响极小。Zr-2和Zr-4在高温水中的氧化速率无明显差异,Zr-2.5Nb抗高温水蒸汽的氧化能力优于Zr-2和Zr-4。Zr-4合金在高温水蒸汽中的氧化增重超过35mg·cm-2时,氧化膜易出现剥落和破裂。

【Abstract】 The isothermal reaction rate of domestic Zircaloy--4 in flowing steam is measured in the temperaurerange of 900--1500℃. The reaction rate measured from the weight gain of the sample follows theparabolic law above 1000℃, the growth rates of ZrO2 layer, oxygen--stablized alpha phase α--Zr (O)layer and ZrO2 + α--Zr (O)layer are also parabolic above 1000℃. The parabolic rate constants are Kp(O2) = 4.98×105exp(--20907/ T ), mg2·cm-4·s-1; Kp (ZrO2) = 0. 0104 exp(--17592/ T ),cm2·s-1; Kp(α--Zr (O) ) = 0.6407exp(--23207/ T ),cm2·s-1; Kp(ξ) = 0. 3025exp(--20194/ T), cm2·s-1. The oxide film produced in high temperature water decreases Zircaloy--steam reaction ratesat 1100℃ or less. Different surface treatments(pickling and polishing)and different heat treatments (αannealing and β quenching) have small or neglible effects. Oxidation rates of Zircaloy--2 and Zircaloy--4in high temperature steam haven’t distinct difference, but the high tempetature steam oxidation resis-tance of Zr--2.5Nb is superior to that of Zircaloy--4 and Zircaloy--2. It is found that when the oxideweight gain of Zircaloy--4 in high tempetature steam in larger than 35mg·cm-2, the oxide film easilyseperates and spalls.

【关键词】 Zr-4水蒸汽反应动力学氧化速率层厚度
【Key words】 Zricaloy-4SteamReaction kinticsOxidation rateLayer thickness
【基金】 国家核安全局“七五”期间核安全技术研究计划中的一个专题
  • 【文献出处】 原子能科学技术 ,Atomic Energy Science and Technology , 编辑部邮箱 ,1993年04期
  • 【被引频次】7
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