Спосіб гідрування оболонок твелів з цирконію і його сплавів

Спосіб гідрування оболонок твелів з цирконію і його сплавів, який відрізняється тим, що включає комплекс нейтронно-ядерних реакцій в полі нейтронів поділу в активній зоні водоводяного ядерного реактора на теплових нейтронах з діоксидом урану як ядерним паливом і полягає у гене 3 64305 (Е>=14МеВ), відповідно до наступних рівнянь реа 4 кцій [4]: (E  2 0 2кеВ) 90  50мб 90m 1  90 90 Zr  n  14,7  39Y 1p     39Y 40 Zr 40 (n,p) 3,18г 64,26г 480 (E  556к 56) 91   ,(E  1208к 20) 91  50мб 91m 1 91Zr  n   14,4  39Y 1p    39Y    40 Zr 40 (n,p) 49,7 хв 59доб  ,(E  935к 35)  22мб 92 Zr  n  92 Y 1p     92 Zr  14,114,8 40 39 1 40 (n,p) 3,53г   ,(E  3530920к 20) 94  10мб 94 1 94 Zr  n  14,5  39Y 1p      40 Zr 40 (n,p) 20,35хв  0,8мб 93 1  , 93 94 Zr  n 93 14,1  39Y 1p  40Y  41Nd 40 (n,Д) 10,25г 1,5106 рок  5мб 96 1   , 96 96 Zr  n  14,8   39Y 1p 40 Zr 40 (n,p) 2,3 хв Протон являє собою ядро водню, при народженні має певну енергію і може створювати вакансії і дислокації в кристалічній решітці основного металу. Крім того, іонізуючи атоми цирконію, він втрачає свою енергію, зупиняється і, приєднавши до себе один з вільних електронів, перетворюється на атом водню. Тобто, при товщині оболонки з цирконію і його сплавів d0,65 мм [5], виниклі в результаті ядерної взаємодії протони, зважаючи на їх низьку проникність, залишаються в оболонці твела й утворюють в ній атоми водню. Пропонований спосіб є внутрішнім гідруванням цирконію. 2. Гідрування цирконію з боку палива. Паливна композиція складається з оксиду урану, а природ16 ний кисень складається з трьох ізотопів ( О17 18 99,76 %; О-0,037 %; О-0,204 %). При взаємодії ядер кисню з нейтронами спектру поділу ( E0n  0,1  18MeB ) в результаті ядерних реакцій утворюються протони   16 16 O(n 16  сд і більше,р) 7 N   8 O 8 7,35c   (E   3,7МеВ) 17 17 O(n 17 сд і більше,р) 7 N       8 O 8 4,14c   18 18 O(n 18  14,7 , р) 7 N   8 O 8 0,63c  18 O(n Д )17 N  17 O  сд, 7 8 4,14c 8 Якщо утворені протони виникають на межі паливо-оболонка і потрапляють в оболонку, вони мають проникність від декількох мікрон до десятків мікрон. У результаті втрати енергії в кристалічній решітці цирконію або в захисній окисній плівці, вони зупиняються і, приєднуючи до себе по одному з вільних електронів, перетворюються на атоми водню. 3. Аналогічні реакції ядер ізотопів кисню спостерігаються і у воді, тому гідрування оболонок йде не тільки з боку палива, але і з боку теплоносія. 4. Утворення протонів в теплоносії може відбуватися не тільки в результаті ядерної взаємодії ізотопів кисню з нейтронами високих енергій, але і в результаті пружного зіткнення нейтронів з ядрами водню. У цьому випадку утворюються високо енергетичні протони віддачі, значення енергії яких описується формулою Ep  E0n (1  E ) де E0n - початкова енергія нейтрона до зіткнення (для нейтронів спектру поділу E0n = 0,118 МеВ);  - середній логарифмічний декремент утрати енергії нейтроном при одному зіткненні в розсіювальному середовищі. Відповідно до середнього логарифмічного декремента втрати енергії при одному зіткненні нейтрона з ядром водню (  = 0,948) [6] і з майже ізотропним розсіянням нейтронів при цих зіткненнях ( cos  =0,324) [6], енергія генерованих протонів віддачі складе від 11 до 0,06 МеВ. Якщо це відбулося на межі вода - цирконій, частина протонів з такою енергією проникає з межі вода-оболонка всередину окисної плівки і навіть в оболонку не тільки за рахунок термодифузії, але і за рахунок високої їх проникності, пов'язаної з високою кінетичною енергією. Тут, втрачаючи енергію шляхом взаємодії з ядрами металу оболонки, протони зупиняються і, приєднуючи один з безлічі 5 вільних електронів металу, перетворюються на атоми водню всередині кристалічної решітки металу оболонки. При зіткненні нейтрона з ядром водню відбувається передача енергії від нейтрона ядру водню, відповідно до середнього логарифмічного декремента втрати енергії при одному акті розсіяння нейтронів в розсіювальному середовищі: E   ln 1 E2 E 2  E1e  E1 , і E 2 - значення енергії нейтрона до і після зіткнення з атомом розсіювального середовища. Величину лінійного пробігу в речовині протона з енергією E p можна визначити за умови рівності масових пробігів частинок з однаковим зарядом і з різною масою [7]. Наприклад, при зіткненні молекули води з нейтроном, що має енергію E1 =10 МеВ, лінійний пробіг нейтрона віддачі в цирконії складе RpZr = 94мікрон. Таким чином, максимальна довжина проникнення протона, що утворився на межі вода-метал при зіткненні молекули води з нейтроном, що має енергію 10 МЕВ, складає для цирконію 94 мікрон. Наданий в описі спосіб гідрування оболонок твелів ВВЕР на теплових нейтронах, виготовлених з цирконію і його сплавів, дозволить розробити Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська 64305 6 заходи з усунення окремих технологічних процесів твелів, що негативно впливають на загальну довговічність оболонок, виготовлених з цирконію і його сплавів. Джерела інформації: 1. Чиркин B.C. Теплофизические свойства материалов ядерной техники. Справочник / B.C. Чиркин. - М.: Атомиздат, 1968. - 484 с. 2. Влияние облучения на материалы и элементы электронных схем. Перевод с английского. / Под ред. В.Н. Быкова и С.П. Соловьева. - М.: Атомиздат, 1967. - 427 с. 3. Некрасова Г.А. Цирконий в атомной промышленности. Выпуск 14. Опыт эксплуатации кабельных труб в реакторах CANDU: Обзор. - М.: ЦНИИатоминформ, 1985. - 36 с. 4. Справочные таблицы для нейтроноактивационного анализа. / И.В. Меднис. Рига: Знание, 1974. - 412 с. 5. Эксплуатационные режимы водоводяных энергетических ядерных реакторов /Ф.Я. Овчинников, П.И Голубев, В.Д. Добрынин, В.И. Клочков, В.В. Семенов, В.М. Цыбенко. - М.: Атомиздат, 1977. - 280 с. 6. Гордеев И.В. Ядерно-физические константы. Справочник / И.В. Гордеев, Д.А. Кардашев, А.В. Малышев. - М.: Госатомиздат, 1963. - 507 с. 7. Левин В.Е. Измерение ядерных излучений / В.Е. Левин, Л.П. Хамьянов / М.: Атомиздат, 1969 223 с. Підписне Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601