Процессы, влияющие на работоспособность твэлов.

В процессе рабо­ты любого реактора в твэлах идут процессы, влияющие на их состояние и работоспособность. Эти процессы приходится учитывать при проектирова­нии твэлов и разработке эксплуатационных режимов энергоблоков. Число разных факторов, влияющих на работоспособность твэлов, достаточно ве­лико. К учитываемым процессам и явлениям относятся:

для циркониевых оболочек - вязкоупругопластическая деформация, анизотропия пластических свойств, термические напряжения, измене­ние механических свойств под действием облучения, накопление корро­зионных повреждении при наличии растягивающего напряжения; для топливного сердечника - вязкоупругопластическая деформация. перестройка структуры, распухание, трещинообразование, изменение механических свойств под действием облучения.

Кроме того, на эти процессы влияет нестационарность температурного поля.

Распухание топлива.

В первую очередь,необходимо отметить деление ядер горючего и соответственно накопление в топливе осколков деления с большим объемом, чем объем исходного материала. Вследствие этого про­исходит распухание делящегося материна и увеличение его объема. Для диоксида урана это увеличение составляет примерно 3% на каждый про­цент разделившихся ядер. Распухание делящегося материала после дости­жения контакта топлива с оболочкой приводит к возникновению растяги­вающих напряжений в последней, что при определенных накоплениях ос­колков, соответственно росте объема и напряжений, может приводить к де­формации и разрыву оболочки.

При наличии зазора топливный стержень и оболочка пол действием об­лучения, среды и температуры изменяются независимо друг от друга. Когда же топливо и оболочка находятся в тесном контакте, сказывается взаимное влияние. Если оболочка прочная, она может сжать топливо и уменьшить или вообще подавить распухание. При этом осколки деления заполняют поры, существовавшие в топливе. Эти явления особенно четко прослеживаются при температуре топлива выше половины температуры плавления его.

Массоперенос.

Под действием нейтронного облучения и радиально на­правленного теплового потока в сердечнике твэла происходит перестройка его структуры. Макро- и микроструктурные изменения, происходящие в диоксиде урана, зависят от режима облучения - флюенса нейтронов, выго­рания, температурного уровня, температурного градиента по радиусу таб­летки горючего, времени облучения и т.д. Под действием этих факторов может происходить рекристаллизация диоксида урана, полное или частич­ное плавление, перенос массы в радиальном пли осевом направлении. В ча­стности, при высоких градиентах температуры (а в твэлах ВВЭР-1000 они достигают 300-350°С/мм) в компактной спеченной таблетке из диоксида урана возникают радиальные трещины. В результате массопереноса «залечивает­ся» часть образовавшихся трещин и уменьшается или вообще исчезает ра­диальный зазор между оболочкой и топливным стержнем Поэтому исход­ный зазор между ними может исчезнуть еще до контакта из-за распухания стержни, вызванного накоплением осколков деления. Характерное время этого процесса, обычно указываемое в литературе, составляет около 30 су­ток.