KFKI-1987-69/G,M FODOR M, MATUS L. VIGASSY J. FŰTŐELEM. VISELKEDÉS Hungarian academy of Sciences CENTRAL RESEARCH INSTITUTE FOR PHYSICS BUDAPEST
KFKI-1987-69/G,M PREPRINT FŰTŐELEM VISELKEDÉS FODOR M., MATUS L., VIGASSY J. Központi Fizikai Kutató Intézet 1525 Budapest 114, Pf. 49 HU ISSN 0368 5330
Fodor M., Matus L., Vigassy J.: Fűtőelem viselkedés. KFKI-1987-69/G,M KIVONAT A report az atoroerőmuvl fűtőelemek viselkedésének néhány kritikus pontjával foglalkozik. Egy korlátozott terjedelmű kutatási program terveit is elemezzük. Фодор M., Матуш Л., Вигашии Я.: Поведение топлива. KFKI-1987-69/G,M АННОТАЦИЯ Дается краткий обзор основных критических параметров эффективности тепловыделяющих элементов ядерных реакторов на основе их химического и механического поседений. Описывается также ограниченная научная программа по этой тематике. М. Fodor, L. Matus, J. Vigassy: Fuel behaviour. KFKI-1987-69/G,M ABSTRACT A short summary of the main critical points in fuel performance of atomic power reactors from chemical and mechanical point of view is given. A schedule for a limited research program is included.
Bevezetés A WER-lOOO reaktorok fűtőelemeinek kihasználása és ezzel együtt igénybevétele - üzemviteli és üzemzavari állapotokban egyaránt - ugy van megtervezve, hogy a biztonsági tartalékok a lehető legnagyobb, de még megengedhető mértékben csökkentve legyenek a korszerű ез gazdaságosabb technológiai mutatók elérése céljából. Az ilyen "feszitett" üzemmód még az előzetes kutatás, fejlesztés és tervezés során sem engedi meg azt, hogy a fűtőelemekben lejátszódó reaktorfizikai, hőtechnikai, szilárdságtani, kémiai és besugárzástechnológiai folyamatok kölcsönhatásaitól el lehessen tekinteni. Addig, amig a rendkívül üzembiztos WER-440 fogadásának előkészítése kapcsán a felsorolt egyedi folyamatok legtöbbjével a megfelelő egyedi diszciplína, vagy pedig a reaktorbiztonsági analízisek keretében elegendő volt" foglalkozni, a WER-1000 megkívánja, hogy a fűtőelemek kérdéseit mélyrehatóan és összefüggéseiben vizsgáljuk. A problémakör jelölésére az eddig kialakult hazai és kulföldi gyakorlatnak megfelelően a "fűtőelem viselkedés" elnevezést használjuk. Hazánkban az elmúlt 20-25 évben több helyen folyt olyan kutatómunka, amely hasznos tapasztalataival kedvező kiindulási alapot nyújt a fűtőelemek problémáinak felméréséhez. A 60-as években a KFKI Kémiai Főosztályán foglalkoztak urán-dioxid technológiával, préseléssel, pelletgyártással. Ugyanitt folyamatosan foglalkoznak azóta is a forróatom-kémia, а зидагkémia és a reaktoranyagok korróziójának kérdéseivel, támogatva a kutatásokat az aktivációs analízis, a tömegspektrometria és a termoanalitika módszereivel. Ugyancsak a Kémiai Főosztály szervezeti keretében folynak a reaktor-metallurgiai kutatások. Az elmúlt 5 évben az OKKFT A/11-2 alprogram nyújtott
- 2 - kereteket oly*- '-'itatásokhoz, amelyeknek célja számítógépes apparátus, soii.... létrehozása volt a fűtőelemek viselkedésének leírására baleseti üzemállapotok között. Elmondható, hogy a KFKI R-45-ös számítógépén már honosítási fázisban van az SSYST-3 programrendszer, amely a kérdéskör hazai software bázisához alapul szolgálhat. Ennek előfeltétele az a másfél évtizedes hőfizikai kutatómunka volt, amelynek keretében a KFKI AEKI Termohidraulikai Osztályán több, a fűtőelem állapotát kiszámító egyszerűbb számítógépi program segítségével a WER-440 reaktor fűtőelemeinek viselkedését kívánták megismerni. Mindezzel párhuzamosan a KFKI Reaktorfizikai Osztálya teremtette meg azokat a feltételeket, amelyek az üzemelő fűtőelemekben lejátszódó izotópösszetételváltozások számitógépes leírását lehetővé tették. 1. Célok A munka kezdeti fázisában a szakirodalom kritikai felmérésével az elérhető információk összegyűjtése, rendezése, a WER-1000 típusra vonatkoztatható felmérése a feladat. A rendezéshez kapcsolódóan olyan adatbank felállítását is tervezzük, ami az információk gyors elérését, szelektálását, éppen aktuális szempontok szerinti áttekintését megkönnyíti. Miután a nyomottvizes atomerőművi reaktorok fizikai tulajdonságai a világ minden részén гagyon hasonlóak, a szakirodalomból nyerhető információk várhalóan különösebb átértékelés nélkül hasznosíthatók lesznek. Mindamellett már az előzetes áttekintésből kiderült, hogy a WER-1000 fűtőelemekre vonatkozóan egyes adatokat nem ismerünk elfogadható megbízhatósággal. Szükségesnek látszik tehát aktiv kísérleti kutatómunka során megszerezni azokat az információkat, amelyek lehetővé teszik az eltérő anyagminőségek szerepének elbírálását és a hiányzó
- 3 - adatok pótlását. Célirányosan megválasztott kémiai és fizikaikémiái modellkísérleteken át meg kell ismerni a fűtőelemekben lejátszódó kémiai folyamatokat, de legfőképpen azok hatását a fűtőelem burkolat szilárdságára. A modellezésnél a normál üzemi és üzemzavari tartományt kívánatos átfedni. A nagyobb hőmérsékletek tartományában a külső korrózió sebességének megismerését is feladatként kell kitűzni. A fizikai-kémiai és az ehhez kapcsolt mechanikai-szilárdságtani vizsgálatok célja tehát a saját fűtőelemekre kísérletileg megalapozott adatbázis létrehozása. Nem gondolhatunk azonban arra, hogy minden információt saját munkánk eredményeképpen állítsunk elő. Ez lehetőségeinket nagyságrendekkel hrladja meg. A szakirodalmon tul, nemzetközi kapcsolatok révén lehet kibővíteni a saját munkánkból nyert információkat. Erre azonban csak akkor gondolhatunk siker reményével, ha saját magunk is tudunk ismereteket nyújtani ellenszolgáltatásul. 2. A fűtőelemek A WER tipusu nyomottvizes reaktorokban a fűtőelemek cirkóniumötvözetből készült, kb. 9 mm külső átmérőjű függőleges csőben - burkolatban - elhelyezett keramikus urán-dioxid pasztillákból állnak. A pasztillák közepén 1-2 mm átmérőjű furat található. A burkolat külső oldalán áramlik a hűtővíz, amely egyben az atomreaktor moderátoranyaga is. Még baleset- illetve zavarmentes üzemállapotok során is különféle fizikai-kémiai folyamatok veszik igénybe a fűtőelemek anyagait. A burkolatot kívülről korróziv és kavitációs folyamatok terhelik. A burkolat anyagát változó hő-, mechanikai- és sugárterhelés ridegiti, öregbiti. A burkolat anyagába a legkülönfélébb anyagok diffundálnak bele. A burkolat belső felszínét az uránkémia hő- és mechanikai hatása koptatja, az
- 4 - agresszívebb hasadási termékek, a gyártási folyamatból visszamaradt szennyeződések korródeálják. A sugár- és hőigénybevétel hatására az uránkerámia deformálódik, átkríttályosodik és részben szétporlik. A hasadó anyagok kiégetését, azaz a fűtőelemek a reaktorban eltölthető időtartamát reaktorfizikai okokon túlmenően az emiitett kémiai hatások korlátozzák. /1./ 2.1 A fűtőelem meghibásodásokat előidéző kémiai, fizikai-kémiai, mechanikai és korróziós folyamatok A fűtőelem /hasadó anyag és burkolat/ meghibásodások alapvető okaiként a következő jelenségeket tekintik /2./ : - Hidridképződés A burkolat /cirkóniumötvözet/ belső falán meginduló, az UO_ hidrogéntartalmú szennyeződéseinek /maradék nedvességtartalom és szerves szennyező anyagok radiolizisének/ tulajdonitható hidrogénfeldusulás, abszorpció, majd cirkónium-hidridképződés, amely áthatol a burkolat külső felületén; hólyagosodásban, repedésben, majd átlyukadásban jelentkezik /"napkitörés"/, A hidridképződést befolyásolja a felületek állapota /előzetes felületkezelés, passziváló oxidréteg jelenléte/, a passziváló oxidréteg fennmaradását befolyásoló környezeti szennyeződések, illetve hatások /halogenidek, cézium, mint katalizátorok; HF maratási szennyező, UO. pasztillák felesleg-oxigénje, 0/U aránya/ jellege. - Pasztilla-burkolat kölcsönhatások Mechanikai okoknak és az illékony hasadási termékek /főleg jód és cézium/ /3. / által indukált kémiai hatásoknak tulajdonitható a burkolal feszültség korróziós repedések keletkezése. Megjelenésük szoros összefüggésben van a hasadási gázok kiszabadulásának mechanizmusával, a besugárzási és hőmérsékleti viszonyokkal.
- 5 - - Burkolat külső korróziója A fűtőelem külső felületén, a burkolat oxidációjának tulajdoníthatóan - főleg a burkolat túlhevülése esetén - felgyorsul a korrózió /reve képződés/. A reve képződés, ill. kozzózió sebessége függ a vízkémiai paraméterektől, a vízkörrel érintkező szerkezeti anyagoktól, a rudak hofluxusától, az oxidréteg hővezetőképessc^étol, az oxidréteg makroés mikrostruktúrajától, a sugárzási háttértől, valamint egyéb szennyezők /nitrogén, HF/ jelenlététől. A cirkóniumötvözetek vizes korróziójánál képződő hidrogén egy része a burkolat kulső felületén abszorbeálódik, oldhatósága a hőmérséklet növekedésével nő, ugyanakkor a képződött cirkónium-hidrid tulajdonsága a törékenyből a hajlékonyba megy át. Ez esetben, normál üzemi körülmények között, nincs törési kockázat. Újratöltési és tárolási periódusnak megfelelő alacsony hőmérsékleten azonban a hajlékonyság a hidridképződés következtében olyannyira lecsökkenhet, hogy törési meghibásodás következik be. - Fűtőanyag tömörödés, burkolat összeomlás, ill. lapoáodás Az ÜO- pasztillák tömörödése révén, az UO-pasztilla töltet zsugorodásából, illetve összeeséséből, valamint üregek képződéséből származó elégtelen burkolattartó szilárdságnak tulajdonitható a burkolat összeroppanás, behorpadás, laposodás. - CirkőMumötvőzet megnyúlása Besugárzás hatására a cirkóniumötvözet cső hosszának megnövekedéséből, ill. differenciális növekedési hatásokból származó szerkezeti változás, amely meghaladja a konstrukciós tervezési határokat. /4./
- б - - Kopási és fáradási korrózió Az idegen részecskéknek vagy az egyes futőelemrudak, szerelvények rezgésének tulajdonitható a kopási és fáradási korrózió. Amint ez a vázlatos felsorolás is mutatja, a fűtőelem meghibásodások nagy részét olyan kémiai, fizikai-kémiai, szilárdtest-kémiai, ill. korróziós és mechanikai folyamatok okozzák, amelyek szorosan összefüggnek az anyagok előéletével és tulajdonságaival, a környezeti hatásokkal, a besugárzási és hőmérsékleti viszonyokkal. Ezeknek a folyamatoknak a kézben tartása csak az egyes mechanizmusok értelmezése, a folyamatokat befolyásoló paraméterek szerepének pontos megismerése után sikerülhet. üzemzavari, illetve baleseti helyzetek elemzésekor egyes folyamatokra fokozatosan figyelemmel kell lenni. Ilyenek: a Zr-H-0 reakció sebessége, a reakciósebesség hőmérsékletfüggése, a cirkónium-oxid rétegvastagságának hatása a redukcióra és a burkolat szilárdságára, a burkolat-felhasadás mértékétol függően a hasadási termékek és hasadó anyagok kikerülése és kihordása. Külön kérdéscsoport a gyártási és izotépdusitási tűrések és szőrások hatásának analízise az eddig vázolt folyamategyüttessel kapcsolatban. Jóllehet kisebb jelentőséggel, de valamennyi eddig ismertetett folyamat hatással volt a WER-440 reaktor üzembiztonságára is. A WER-1000 reaktor esetében a lecsökkentett biztonsági tartalékok szükségessé teszik e folyamatok kölcsönhatásban való részletesebb vizsgálatát. Ehhez kellő szintű modell-alkotásra, a modellhez megfelelő mennyiségű és minőségű adatra, azaz bemenő paraméterre van szükség. A kérdéskörben nem engedhető meg olyan szintű bizonytalanság és meghatározatlanság, amilyen a WER-440 reaktorok esetében még elviselhető volt.
- 7 - A reaktorfizika ad számot azokról a folyamatokról a fűtőelemeken belül, amelyek neutronok keletkezésével vagy befogásával járnak: igy л reaktorfizika irja le a fűtőelemekben lejátszódó hasadási és neutronabszorpciós folyamatokat az ezekhez kapcsolódó hasadó anyag kiégetési és hasadási termék lebomlási foly.amtokkal együtt. Gyakran használják azt a közelitő feltételezést, hogy az izotópösszetétel a fűtőelem sugara mentén állandó, ebben az esetben az izotópok migrációját nem kell figyelembe venni. Valójában a hasadási termékeknek koncentráció gradiense van és diffúziójuk a pasztillákban bizonyos komponenseknél magas hőmérsékleten nem elhanyagolható- E folyamatok leirása negfelelő diffúziós modellekkel a "fűtőelem viselkedés" keretében történhet, jóllehet reaktorfizikai konzekvenciái is ie hétnek /xenon- és jódvándorlás feltételezése esetén megváltoznak a jódgödör és a xenonlengés paraméterei/. A kérdéskörről csak szórványos ismeretekkel rendelkezünk. Nem ismerjük pontosan azt sem, hogy a WER-440 és a WER-1O0O reaktorok paramétereinek, elsősorban a fűtőelemek hőmérsékleteinek eltérése milyen mértékben befolyásolja ezen folyamatokat. A reaktor hofizika /termohidraulika/ ad számot arról, hogy milyen hőmérsékleti viszonyok alakulnak ki egy fűtőelem belsejében. E hőmérsékleteloszlásra szüksége van a reaktorfizikának: a reaktorfizikai folyamatok leírásában felhasznált effektiv hatáskeresztmetszetek a hőmérséklet függvényei. A hofizikai analizis hővezetés! és hőátadási tényezőket használ fel, amelyek több paramétertől, igy a fűtőelemeknek a reaktorban eltöltött besugárzási idejétől is függnek. Jelentős befolyása van még a hőmérsékleti vizsonyokra a burkolat és a pasztilla közötti rés méretének, illetve az itt fellépő összepréselő erőnek. Mindezen befolyásokat olyan paraméterekkel Írhatjuk le, amelyek részletes elemzése a "fűtőelem viselkedés" keretében történhet. /5./
- 8 - A fűtőelem viselkedés jelentós részterülete a fűtőelemek hőfokfüggő plasztikus és rugalmassági analízise. Ez az analizis ad választ a résméret és az összepréselő nyomás kérdésében. A válasz megadásához olyan anyagminőség- és besugárzás-függő anyagi paraméterek ismerete szükséges, mint a rugalmassági modulusz, keresztkontrakciós tényező, folyás- és nyuláshatár, hőtágulási együttható, stb. Ez az alakváltozás-analízis választ kell hogy adjon arra a kérdésre is, hogy mekkora belső nyomást idéznek elő a termelődött hasadási gázok, illetve milyen nyomáskülönbséget képes meghibásodás nélkül a burkolat elviselni. 2.2 A fűtőelem viselkedés modellezése A WER fűtőelemet felépitő anyagok közel állnak a nyugati országokban alkalmazottakhoz: cirkóniumötvözet, urán-oxid kerámia. A fűtőelemek szerkezetében kisebb eltérések vannak, főképpen a hasadási gázok tárolására beépített terek elhelyezése-kiosztása tárgyában. Az urán-dioxid kerámia gyártástechnológia eltéréseiből adódó differenciák megítélésére első lépésben nincs módunk. Nyomottvizes reaktorok esetére a Stuttgarti Műszaki Egyetem Magenergetikai és Energiarendszerek Intézete /IKE, Stuttgart, NSZK/ közreműködésével moduláris programrendszert hoztak létre a fűtőelem viselkedés leírására SSYST néven. E rendszer két verziója /SSYST-2 /6J és SSYST-3 \li / hozzáférhető, egy további pedig /SSYST-4 /8./ / jelenleg van fejlesztés alatt. A KWU 1300 MW-os blokkokat épit, a legmodernebb integrális fűtőelem vizsgálatok és az SSYST-4 rendszer verzió eredményeit vetik egybe /9./ A fűtőelem viselkedés témaköréhez tartozó software bázis hazai kialakitása lényegében a KFKI AEKI Termohidraulikai Osztályán kifejlesztett hőtechnikai programok kőzött kezdődött. Említésre méltók a FOURIER programverziók /10./,/11./, amelyekkel jellemző
- 9 - fűtőelem keresztmetszetek hődilatációs és rugalmassági analízise végezhető el. Olyan esetek hőmérsékleti viszonyainak elemzésére, amelyekben a fűtőelemek időfüggő deformációja e- hanyagolható, dolgozták ki a háromdimenziós időfüggő BIOT programverziókat /12J,/13J. A kvázistacioner fűtőelem állapotok höfüggo rugalmassági analízisére a csehszlovák PIN program /14./ mintájára a FUEL /15./ program készült, amelyet sikeresen teszteltek a standardként elfogadott GAPCON-THERMAL-2 program /16./ segítségével. Mindezen előtanulmányok ellenére a fűtőelem viselkedés hazai software bázisául az SSYST programrendszert fogadták el, mivel több tekintetben előnyösebbnek bizonyult már eddig is a hazai fejlesztésű programoknál. A WER-1000 kompatibilis modellhez a rendelkezésre álló információkat /17./, azok részletességét össze kell vetni az SSYST rendszer könyvtárának tartalmával. Egy előzetes egybevetés alapján már eddig is megállapítást nyert, hogy nem ismerjük kellően a - WER-10O0 fűtőelemek burkolatában alkalmazott Nb hatását a cirkónium paramétereire, - a szovjet technológiával előállított urán-oxid kerámia fizikai-kémiai tulajdonságait, A modulokba magukba elrejtett információk alkalmazhatóságának megítélésénél még nehezebb a helyzet. Az SSYST modulok dokumentációja rendkivtil terjedelmes és információink szerint nem is teljes. A modulok - mindent egybevetve - több tízezer sort tartalmaznak. A teljesítőképessége nálunk még kellőképpen nincs felmérve. További nehézséget jelent, hogy - az előzetes áttekintésből ugy tűnik - a fűtőelemekből való üzemi vagy üzemzavari kibocsátásokkal összefüggő bizonyos fizikai-kémiai folyamatok jelenleg még nincsenek SSYST modulokkal leirva.
- ю - A kémiai, fizikai-kémiai és mechanikai kísérleti munkák terve Előzmények Az AEKI Kémiai Főosztálya ezeken a kutatási területeken már bizonyos háttérrel és tradícióval rendelkezik. A főosztály megalakulása óta részt vett a hazai uránérc-feldolgozás és izotópgyártás megalapozásában; reaktorkémiai-, magkémiai-, sugárkémiai- és szilárdtest-kémiai kutatásokban, nagytisztaságu uránvegyületek és urán-dioxid kerámia tipusi kísérleti fűtőelemek előállításában. Az OKKFT A/11-3 alprogramja keretében foglalkozott az atomé rőmüvi primer kör vízkémiájával és korróziós folyamatainak tanulmányozásával, a 4. alprogram keretében a szerkezeti anyagok mechanikai tulajdonságaival és az előbbiekkel összefüggő analitikai és fizikai-kémiai kérdések megoldásával, A hatvanas évek közepén az urán-oxid kerámia fűtőanyagok előállításának és kisérleti fűtőelemek készítésének laboratóriumi vizsgálata már eljutott a kisérleti üzem tervezésének stádiumába, amikoris megfelelő igény és anyagi támogatás hiányában a műnké megszakadt. "ov ilyen laboratórium újbóli meg T teremtése és/vagy a kié^ ütőelemek vizsgálatához szükséges "forró" fülkesor létesítése a jelenlegi gazdas?fi lehetőségeket messze meghaladja. Az eddig megszerzett tapasztalatok azonban jó kiindulási pozíciót mutatnak olyan kutatások és kémiai modellvizsgálatok elvégzéséhe?, amelyek az előzőekben tárgyalt fűtőelem viselkedés programokhoz adatokat szolgáltatnak. A főosztályon rendelkezésre állnak olyan analitikai módszerek, amelyek támogatni tudják az extrém kis koncentrációk nagyságrendjébe eső elemek vizsgálatát is. Ide tartoznak: - reaktoraktivációs analitika, - neutrongenerátoros analitika,
- 11 - - szikratömegspektrometria, - rlektroanaiitika, - lézeres tömegspektrometria /bevezetés alatt/. Ugyancsak a főosztályhoz tartozik az AEKI törésmechanika laboratóriuma. 3.2 A kémiai vizsgálatok célkitűzései A kémiai munkák célkitűzéseinek megválasztásánál figyelembe vettük az igényelt információk körét, az eszközállományunk adta lehetőségeket, beleértve az előre jelzett támogatásból adódóan a ráfordítható kutatási kapacitás közelítő nagyságát, továbbá munkatársaink szakmai tapasztalatait. Korlátozó tényezőnek tekinthetjük, hogy a kiégett fűtőelemekkel kísérletileg,a rendelkezésre álló munkafeltételek mellett, nem tudunk foglalkozni. Ugyancsak nem célozunk olyan vizsgálatokat, ahol több eredeti fűtőelem kellene, hogy rendelkezésünkre álljon. lay nem tervezünk méréseket az eredeti, még I használatba nem vett fűtőelemek belső szennyezőinek meghatá-.rozására, annak ellenére, hogy a szakirodalom szerint ezek a burkolat belső korróziójánál fontos szerepet játszanak. Feltételezzük azonban, hogy kis mennyiségben el tudu.ik érni fűtőelem tablettát és burkoxatanyagot is. A modellvizsgálatokat - jelenlegi ismereteink birtokában - a kővetkező problémákra kívánjuk kiterjeszteni: a/ A fűtőanyag tabletta hővezetése és viselkedése sztatikus és dinamikus hőterhelés hatására. A vizsgálatokat inert atmoszférában és a kiégés végén megjelenő kémiai környezet mellett is célszerű elvégezni. Az utóbbi modellezése elvégezhető, hiszen a reaktorfizikai ismeretek alapján a kémiai
- 12 - környezet modellezhető. Kivételt jelent a plutónium, azt nem célozzuk a modellkísérletekhez felhasználni a rendkívül nehéz munkavédelmi feltételek miatt. b/ Hasadványtermékek diffúziója. A WER fűtőelemek eltérő zsugorítás! foka miatt várhatóan a hasadványtermékek diffúziója eltér az SSYST programokhoz használt adatokban reprezentált sebességektől. A tervezett kísérletek során fordított irányban történik a diffúzió, a pelletet a kiégés végén megjelenő kémiai atmoszférába helyezve magas hőmérsékleteken diffundálnak be a komponensek. A diffúziós folyamat végén a főosztályon rendelkezésre álló nagyérzékenységű lokális analízisekre alkalmas berendezésekkel meghatározzuk a kialakult koncentráció profilt. c/ A burkolat belső korróziója. Ugyancsak magas hőmérsékletű környezetben a burkolatanyagot olyan kémiai hatásoknak tesszük ki, amelyek üzemi körülményeket reprezentálnak. A kísérletek során tág lehetőség nyilik a környezeti feltételek olyan variálására, amelyek bizonyos üzemzavari vagy fűtőelem meghibásodási állapotokat jellemeznek. Egy-egy kísérlet végén a modell-burkolatanyagot szükség szerint a legkülönfélébb vizsgálatoknak vethetjük alá. d/ A burkolatanyag külső korróziója. A tervezett vizsgálatok tulajdonképpen üzemzavari állapotoknál fellépő körülmények esetére adnak felvilágosítást. /Az SSYST modellprogramban a Zirkalloy ötvözetekre vonatkozóan vannak az adatok beépítve. A Zr-Nb ötvözetek.«ezeket pontosítani kivánatos./ Magashőmérsékletü falanyagot vizgőz hatásának tesszük ki, vizsgáljuk a H 2 megjelenését a vízgőzben, majd az egyes kísérletek után a keletkezett oxidréteg vastagságát és jellegét.
- 13 - e/ Hasadványtermékek diffúziója a burkolatanyagban. А с/ pontban emiitett belső korróziós kísérletekhez hasonló, esetleg azzal összekapcsolt modellezés azzal a feltétellel, hogy a hőkezelés végén a burkolatanyagban a komponensek mélységi profilja, de még nagyobb súllyal a mechanikai tulajdonságok megváltozása a vizsgálat célja. f/ A burkolatanyag? yulása. A hoterhelés hatására bekövetkező méretváltozás a vizsgálat célja. Modellezésünk során szintén a kémiai környezet függvényében célszerű a változásokat vizsgálni. g/ A burkolatanyag mechanikai tulajdonságainak megváltozása. A c/ - f/ kísérletek során kezelt burkolatanyagok mechanikai tulajdonságait minden esetben a szokásos szilárdsági vizsgálatoknak is alávetve a modulprogram megfelelő adatait ellenőrizni szilárdságtani szempontból. A felsorolt kisérleti munkához olyan magashőmérsékletü kísérleti berendezést hozunk létre, amelyben az előzőekben felsorolt modellkísérletek elvégezhetők. Ilyen jellegű munkákhoz természetesen széleskörű analitikai bázis szükséges, ami a főosztályon használatban lévő aktivációs analitikai módszerek, szikra- és lézerionizációs tömegspektrometria, röntgenfluoreszcencia, elektroanalitikai módszerek révén biztosított. A gázelemzésekhez gázkromatográfia és tömegspektrometria módszereit tudjuk felhasználni. A munka előrehaladása során szükségesnek látszik annak megítélése, hogy a hasadási termékek milyen kémiai formában vannak jelen. Erre a Kundsen-cellás nagyhőmérsékletü tömegspektrometria és a termogravimetria módszereit tudjuk célszerűen használni.
- 14 - Ugyancsak a termogravimetria ad felvilágosítást a fázisátalakulásokról. Ezen módszerek felhasználásának igényét csak később tudjuk megítélni, a problémakör alaposabb elemzése után. Munkánk során támaszkodni kívánunk azokra az információkra, amelyek kísérleti munkánkkal párhuzamosan a software bázis feldolgozása és alkalmazása kapcsán állnak elő. A rendelkezésre álló anyagi és személyi feltételek egyelőre nem tesznek lehetővé olyan volumenű számítástechnika munkát ezen a területen, amilyen a reaktorfizikai-termohidraulikai problémakörben van előirányozva. 3.3 A feladat kutatási és eszközigénye A vázolt munkákhoz szükséges idők emberév egységekben közelítőleg a kővetkezők: Téma 1987 1988 1989 1990 ossz. Szakirodalmi felmérés adatbank létrehozásával 2 - - - 2 Magashőmérsékletü modellberendezés tervezése - 1 - - 1 kivitelezés, tesztelés 1 1-2 Kísérletek fütőelemtablettákkal /diffúzió, hővezetés/ - - 1 2 3 emberév 2 2 2 2 8
- 15 - A jelenlegi keretek nem elegendők a következő, már most szükségesnek itélt vizsgálatok elvégzéséhez; Téma Kapacitás /eirberév/ Fűtőelem fal modellkísérletek /korrózió, diffúzió/ 4 Mechanikai tulajdonságok vizsgálata 2 Felületanalitikai mérések 3 Fázisátmenet vizsgálatok 2 Nagyh6mérsékletü párolgás /hasadványtermékek/ 3
- 16 - IRODALOM 1. F. Garzarolli, R. von Jahn, H. Stehle: The main causes of fuel element failure in water cooled reactors. Atomic Energy Review, Г7. 31./1979/ 2. F. Garzarolli, H. Stehle: Behaviour of core structure materials in light water cooled power reactors. International Symposium on Improvements in Water Reactor Fuel Technology and Utilization, IAEA-SM-288/24. 3. V.V.Novikov, I.Sz.Golovin, Ju.K.Bibilasvili, A.Sz.Szotnikov, V.K.Sanardin, A.Sz.Pogrovszkij, L.I.Sztupina, G.P. Kobülanszkij: Vnutroreaktornüje Isszledovanija Korrozija v jode obolocsek tipa WER iz plava ZR-l%Nb. International Symposium on Improvements in Water Reactor Fuel Technology and Utilization, IAEA-SM-288/63. 4. J. Böhmert, L.Lübke, W. Tzscheutschler : Verhalten von unbestrahltem Zr-Nbl-Rohr unter tangentialer Zugdehnung in Jodhaltiger Atmosphere. Journal of Nuclear Materials, 13_9. 131/1986/ 5. V.Yakovlev, P.Strijov, V. Murashov, J.Johansson, R. Teräsvirta, 0. Tiihonen, K. Ranta-Puska: Research of WER-440 type fuel roads in MR reactor. International Symposium on Improvements in Water Reactor Fuel Technology and Utilization, IAEA-SM-288/64. 6. R.Meyder: SSYST-2. Eingabebeschreibung und Handhabung. Report: KfK-2966, Nov. 1980.
- 17-7. R.Meyder: SSYST-3 Eingabebeschreibung und Handhabung. Report: KfK-3654, Dez. 1983. 8. ü. Lang et al.: Analysis of the fuel heat-up and melting experiments NIELS-CORA with the code system SSYST-4. Report: KfK-3880/2, pp.948-957, Sept. 1984. Int. Meeting on Thermal Reactor Nucl. Safety, 10-13. Sept, 1984. Karlsruhe 9. H.Borghwaldt et al.: The code system SSYST, Present Status and Current Development Contribution to the Technical Committee/Workshop on the IAEA Programme in the USE of Computer Codes for Safety Analysis Varna, Bulgaria, 28-Ob-Ol.06, 1984. 10. L. Szabados, I. Tóth: FOURIER-1, A Computer Program for Fuel Element Thermal Design Report: KFKI-70-32. ter 11. Szabados L., Tóth I., Vigassy J.: FOURTER-II, számítógépi program fűtőelemek hőfizikai vezésére. Kézirat. 12. I. Tóth, L. Szabados, P. Grillo: BIOT-A. 3 Dimensional Steady-State and Transient Heat Conduction Code Report: KFKI-70-35. 13. Tóth I., Due M.: Biot-2. Háromdimenziós hovezetési kód időfüggő feladatok megoldására. Report: KFKI-79-85.
18-14. F. Pazdera, M. Valach: user's Guide for PIN: A Computer Program for the Thermal Behaviour of an Oxide Fuel Rod Report, Rez, 1982. Calculating 15. Dus M., Ézsöl Gy.: FUEL-program atomeromüvi fűtőelemek számítására. Report: KFKI-84-56. viselkedéséneic 16. C.E.Bayer et al.: GAPCON-THERMAL-2: A Computer Code for Calculating the Thermal Bshaviour of an Oxide Fuel Rod BNWL-1896, Nov. 1975. 17. Bérci К.: Javaslat az üzem zavarelemzésekben figyelembe veendő folyamatokra, kiinduló adatokra és feltételezésekre ERŐTERV, I. Iroda-NTO, 107007, 1984. dec, Budapest
The issues of the KFKI preprint/report series are classified as follows: A. Particle and Nuclear Physics 1 H. Laboratory, Biomedical and Nuclear Reactor Electronics B. General Relativity and Gravitation I. Mechanical, Precision Mechanical and Nuclear Engineering C. Cosmic Rays and Space Research J. Analytical and Physical Chemistry D. Fusion and Plasma Physics K. Health Physics E. Solid State Physics F. Semiconductor and Bubble Memory Physics and Technology G. Nuclear Reactor Physics and Technology L. Vibration Analysis, CAD, CAM M. Hardware and Software Development, Computer Applications, Programming N. Computer Design, CAMAC, Computer Controlled Measurements The complete series or issues discussing one or more of the subjects car» be ordered; institutions are kindly requested to contact the KFKI Liorary, individuals the authors. Title and classification of the issues published this year: KFKI-1987-01/A V.Sh. Gogokhia et al. KFKI-1987-02/M M. Barbuceanu et al. KFKI-1987-03/G L. Szabados et al. KFKI-1987-04/G Gy. Egely KFKI-1987-05/G Gy. Ézsöl et al. KFKI-1987-06/G Gy. Ézsöl et al. KFKI-1987-07/G L. Szabados et al. KFKI-1987-08/B L.B. Szabados KFKI-1987-09/E G. Györgyi et al. KFKI-1987-10/D Gy. Egely Nonperturbative approach to quark propagator in the covariant, transverse gauge Integrating declarative knowledge programming styles and tools for building expert systems Primary loop dynamical investigations. Part 1. Computerized analysis of the total loss of flow in the Paks NPP on the basis of PMK-NVH experimental data /in Hungarian/ Critical comparison of nuclear safety reports. Part 1. Practice followed in the USA and in FRG /in Hungarian/ A 7.4% cold leg break without SIPs. Description of the measurement /in Hungarian/ Primary loop dynamical investigations. Part 1. Experimental investigation of the total loss of flow in the Paks NPP in the PMK-NVH facility /in Hungarian/ A calculation method for the operation of the Paks NPP based on the subchannel approach. Part 1. A computing procedure and method applicable as part of the VERONA system /in Hungarian/ Commutation properties of cyclic and null Killing symmetries Relaxation processes in chaotic states of one dimensional maps Hungarian ball lightning observations (case 1 - case 278)
KFKI-1987-11/M H. König KFKI-1987-12/M D. Nicholson et al. KFKI-1987-13/M Katalin Tarnay et al, KFKI-1987-14/A H.W. Barz et al. KFKI-1987-15/M R. Wittmann KFKI-1987-16/G O. Aguilar et al. KFKI-1987-17/M G. Németh et al. KFKI-198 7-18/E G. Egely et al. KFKI-1987-19/A B. Milek et al. KFKI-1987-20/M S. Wagner-Dibuz KFKI-1987-21/E B. Lukács et al. KFKI-1987-22/G M. Makai et al. KFKI-1987-23/A J. Erő et al. KFKI-1987-24/K I. Balásházy et. al KFKI-1987-25/K A. Andrási et al. KFKI-1987-26/G J. Végh KFKI-1987-27/A S. Krasznovszky et al, KFKI-1987-28/M F. Adorján et al. KFKI-1987-29/G J. Végh et al. KFKI-1987-ЗО/Е N. Menyhárd Developing protocol test software using the PDL-system Advanced help through plan instantiation and dynamic partner modelling Experiments with a network environment manipulator /in Hungarian/ Deconflnement transition in anisotropic matter An algebraic specification method for describing the protocols of computer networks /in Hungarian/ Monitoring temperature reactivity coefficient by noise method in a NPP at full power Collection of scientific papers in collaboration with Joint Institute for Nuclear Research, Dubna, USSR and Central Research Institute for Physics, Budapest, Hungary. Algorithms and programs for solution of some problems in physics. Fifth volume Experimental investigation of biologically induced magnetic anomalies A model for particle emission from a fissioning system The specification and testing of transport protocols /in Hungarian/ Elementary quantum physical description of triplet superconductors DIGA/NSL - New calculational model in slab geometry Production of protons, deuterons and tritons on carbon by intermediate energy neutrons Gamma-spectrometric examination of hot particles emitted during the Chernobyl accident Application of Ge-spectrometry for rapid in-situ determination of environmental radioactivity Neutron spectrum measurement in the channel No. 182/5 of the KFKI WWR-SM reactor Universal description of inelastic and non(single)- diffractive multiplicity distributions in op collisions at 250, 360 and 800 GeV/c VERONA-plus extended core-monitoring system for WWER-440 type nuclear power plants Application of boron filters for neutron spectrum determination purposes in various neutron environments Inhomogeneous mean field approximation for phase transitions in probabilistic cellular automata - An example
KFKI-1987-31/M G. Németh et al. KFKI-1987-32/E I. Pócsik KFKI-1987-33/B L.B. Szabados KFKI-1987-34/A Z. Fodor et al. KFKI-1987-35/C R.Z. Sagdeev et al. KFKI-1987-36/E Gy. Szabó KFKI-1987-37/A Т. Nagy et al. KFKI-1987-38/K S. Deme et al. KFKI-1987-39/K L. КоЫinger KFKI-1987-40/A J. Balog et al. KFKI-1987-41/E I. Furo et al. KFKI-1987-42/J A. Vértes et al. KFKI-1987-43/E Z. Juhász KFKI-:] 987-44/G A. Gács et al. KFKI-1987-45/M,N H. Koenig et al. KFKI-1987-46/M,N P. Ecsedi Tóth et al. KFKI-1987-47/A N.P. Aleshin et al. KFKI-1987-48/E B. Sas et eil. KFKI-1987-49/E A.G. Balogh et al. KFKI-1987-50/C R.Z. Sagdeev et al. KFKI-1987-51/D D. Hildebrandt et al, KFKI-1907-S2/A J. Ziinányi ck ;il. Computation of generalized PaJé approximants Lone-pair model for high temperature superconductivity Causal boundary for strongly causal space-time Proton detection etficiency of a plastic scintillator telescope Near nuclear region of comet Halley based on the imaging results of the VEGA mission Thermodynamic aspects of chemically curved crystals Lepton + lepton + photon decays and lepton g-2 factors in gauge theories Real-time computing in environmental monitoring of a nuclear power plant A review of Monte Carlo techniques used in various fields of radiation protection Lattice classification of the four-dimensional heterotic strings Evidence of antiferromagnetic ordering in La2CuC>4: re-interpretation of ^ЗЭг.а nuclear quadrupole resonance (NQR) data Kinetic energy distribution of ions generated by laser ionization sources Variations of the transfer function during Bi.Ge,0 12 growth Simulation of the dynamic behaviour of the secondary circuit of a WWER-440 type Nuclear Power plant An intelligent protocol workstation Formal description oriented performance evaluation of protocols Study of proton-deuteron break-up reaction in exclusive experiment at 1 GeV Scattering mechanisms and transport properties of FeTMB amorphous alloys Positron annihilation study on Y-Ba-Cu-0 high T superconduc tors Plasma phenomena around comets: interaction with the.50lar wind Impurity injection into tokárnak plasmas by erosion probes An interprn bible family of equations of state for dense hadronic nuitter
KFKI-1987-53/G L. Bürger et al. KFKI-1987-54/E G. Konczos et al. KFKI-1987-55/E Nguyen Minh Khue KFKI-1987-56/G Gy. Ézsöl et al. KFKI-1987-57/G Z. Bazsó et al. KFKI-1987-58/G Tran Quoc Dung et al. KFK1-1987-59/G S. Mikó et al. KFKI-1987-60/A T. Dolinszky KFKI-1987-61/F M. Füstöss-Wégner et al. KFKI-1987-62/D J.S. Bakos KFKI-1987-63/B L. Fülöp KFKI-1987-64/J Ä.G. Nagy et al. KFKI-1987-65/G,J H. Uly KFKI-1987-66/D,E,F M.A. Algatti et al. KFKI-1987-67/G,M J. Gadó et al. KFKI-1987-68/G,M L. Maróti et al. KFKI-1987-69/G,M M. Fodor et al. Real-time executive for a basic principle simulator Recent progress in the apdlication of soft magnetic amorphous materials: alloys, preparation, devices A Green's function treatment of giant polariton problem in molecular semiconductors 7.4% cold leg break with SITs and HPIS in action /in Hungarian/ 7.4% cold leg break without SITs and HPIS in action /in Hungarian/ DUMA - a program to display distributions in hexagonal geometry Method for determining outlet temperature of fuel assemblies in the WER-440 core, wich are not furnished with direct temperature measurement /in Hungarian/ Strong coupling expansions for repulsive cut-off potentials Effect of microinhomogeneities on collection efficiency spectra in (p-i-n) a-si:h junctions Gas loser research in Hungary The harmonic oscillator in the forceless mechanics of Hertz and in the Riemannian space-time geometry Steric interactions of ferrocenyl ketones: A comparative evaluation of data from 13c NMR and IR spectroscopy and cyclical voltammetry /in Hungarian/ Recent bibliography on analytical and sampling problems of a PWR primary coolant Supplement V. Experimental investigations on nonequilibriu*n electron and thermal light emission from metals induced by short laser pulses WWER-1000 core physical model /in Hungarian/ WWER-1000 core thermohydraulic model /in Hungarian/ Fuel behaviour /in Hungarian/
Kiadja a Központi Fizikai Kutató Intézet Felelős kiadó: Gyimesi Zoltán Szakmai lektor: Szatmáry Zoltán Példányszám: 92 Törzsszám: 87-496 Készült a KFKI sokszorosító üzemében Felelős vezető: Töreki Bélánc Budapest, 1987. november hó