информацияenglish
Материалы конференции

Иванова С.В. Глаговский Э.М. Белугин И.И. Никоноров К.Ю.

Разработка методов повышения безопасности и продления эксплуатационного ресурса компонентов активных зон эволюционных и инновационных легководных реакторов поколения 3+ и реакторов нового 4 поколения

В настоящее время строятся эволюционные (ВВЭР-1200, ВВЭР-1200А, ВВЭР-ТОИ) и разрабатываются инновационные (ВВЭР-1800) легководные реакторы поколения 3+ с повышенными технико-экономическими показателями, связанными с увеличением тепловой мощности реактора, повышением давления и температуры теплоносителя, повышением выгорания, увеличением длительности кампаний, эксплуатацией топлива в маневренных режимах. Кроме того, создаются перспективные реакторы Супер-ВВЭР нового 4 поколения с критическими (эволюционный вариант ВВЭР-С) и сверхкритическими (инновационный вариант ВВЭР-СКД) параметрами теплоносителя.

Для эволюционных и инновационных реакторов поколения 3+, включая даже эволюционный вариант реакторов 4 поколения (ВВЭР-С), в качестве материала компонентов ТВС продолжает рассматриваться цирконий и его сплавы. Однако для работы в активных зонах перспективных реакторов требуются циркониевые компоненты ТВС с повышенным уровнем свойств.

Авария на японской АЭС «Фукусима», произошедшая в результате пароциркониевой реакции, возникшей из-за повышения температуры оболочек твэлов после потери теплоносителя и всплеска реактивности, подтвердила особую опасность пароциркониевой реакции и выявила недостатки существующего топлива.

Циркониевые компоненты ТВС должны сохранять свою работоспособность не только в течение всего срока эксплуатации в стационарных, переходных и маневренных режимах работы реактора, но также и в аварийных режимах.

Цель настоящей работы заключалась в поиске перспективных путей повышения свойств циркониевых сплавов и изготовленных из них компонентов, способных работать в составе ТВС эволюционных и инновационных реакторных установок, а также реакторов нового поколения.

Разработка новых сплавов и их реакторное обоснование требует длительного времени и вызывает значительные трудности, поскольку достигнутые свойства циркониевых сплавов подошли к их физическому пределу. Поэтому в данной работе предложен другой путь повышения свойств циркониевых сплавов и циркониевых изделий – модификация структурно-фазового состояния сплавов и по-верхности изготовленных из них изделий. Изменяя только структурно-фазовое состояние сплавов можно повысить их физико-механические свойства. Изменение состояния (модификация или нанесение защитного покрытия) поверхности изделий не изменит их свойств, так как толщина модифицированного слоя не превысит нескольких микрон. Однако слоя такой толщины будет достаточно для защиты изделий от коррозии, наводороживания и фреттингизноса.

Для достижения поставленной цели были разработаны:

1. Методы повышения свойств существующих циркониевых сплавов, позволившие повысить их механические свойства, сопротивление ползучести и трещиностойкости (водородному охрупчиванию).

2. Методы модификации поверхности, позволившие повысить коррозионную стойкость циркониевых компонентов: в 2-3 и более раз при нормальных условиях эксплуатации, от 2 до 7 раз в условиях аварийных ситуаций; увеличить водородонепроницаемость в 1,5-2,0 раза и износостойкость в 2 и более раз.

Причем разработанные способы модификации могут использоваться как каждый в отдельности, так и совместно в разных сочетаниях, в зависимости от того, какой набор свойств у циркониевых компонентов необходимо получить и в каком реакторе они будут работать.

Полная версия (русский)