Презентация Результаты экспериментальных исследований влияния деформации ползучести на выход ГПД онлайн

Содержание слайда: Лекция 24. Цель. Познакомить слушателей с результатами экспериментальных исследований влияния деформации ползучести на выход ГПД. Предложить диффузионно-конвективную модель для описания выхода ГПД при наличии пластической деформации. Поставить и решить стационарную задачу. Сопоставить аналитическое решение с экспериментом. План. 1. Результаты экспериментальных исследований влияния деформации ползучести на выход ГПД. 2. Диффузионно-конвективную модель для описания выхода ГПД при наличии пластической деформации. 3. Постановка и решение стационарной задачи. 4. Сопоставление аналитического решения с экспериментом.      

Содержание слайда: Выход ГПД при ползучести диоксида урана. В восьмидесятые годы прошлого века на ИРТ-МИФИ выполнялась программа сотрудничества с Францией по исследованию пластических свойств ядерного топлива в радиационных условиях. Эксперименты по исследованию высокотемпературной ползучести в инициативном плане сопровождались регистрацией газов-продуктов деления (ГПД). На образцах технологии DCI, обладающих повышенной пластичностью и низкими значениями выходов ГПД, были получены нетривиальные результаты. При малых установившихся скоростях деформации ползучести выход ГПД был ниже стационарного выхода при отсутствии деформации и превышал его при больших скоростях. Этот эффект был менее заметен на образцах отечественного топлива из диоксида урана штатной технологии ВВЭР.

Содержание слайда: Диффузионно-конвективная модель. Объяснить полученные результаты можно с помощью следующей модели: - при высоких температурах в эксперименте (1400 К-1700 К) ГПД диффундируют в твердом теле по дефектам кристаллической решётки внутри зерна. - в результате приложенного механического напряжения возникает направленное движение дефектов, приводящее к пластической деформации материала. - движение ГПД описывается уравнением диффузионно-конвективного переноса. - пластическая деформация образца в основном определяется деформацией зерна. - эмиссия ГПД из зерна полностью определяет выход газа из поликристаллического образца в предположении, что коэффициент зернограничной диффузии значительно больше объёмного коэффициента.

Содержание слайда: Диффузионно-конвективная модель. Схема нагружения пористого образца. - в поликристаллическом пористом образце при воздействии внешней сжимающей нагрузки на поверхности зерна возникают зоны с деформацией сжатия (плотный контакт между зернами) и зоны с деформацией растяжения (ослабленный пористостью контакт между зернами), соответственно потоки дефектов направлены из зоны с деформацией сжатия и в зону с деформацией растяжения, в этом случае суммарный поток ГПД с поверхности зерна можно представить в виде:   (1) , где Rc Rp -потоки газа с поверхности зерна при деформациях сжатия и растяжения. S, Sp, k=Sp/S –площадь поверхности зерна, площадь зоны растяжения, доля поверхности растяжения.

Содержание слайда: Диффузионно-конвективная модель. Постановка стационарной задачи Для количественного определения выхода ГПД рассмотрим стационарное диффузионно-конвективное уравнение для полупространства с нулевыми граничными условиями, предполагая, что коэффициент диффузии весьма мал и основное падение концентрации происходит в тонком поверхностном слое зерна: (2) . где N – концентрация изотопа ,d –коэффициент диффузии , u- скорость движения дефектов, λ – постоянная распада, b – плотность источников газа.

Содержание слайда: Диффузионно-конвективная модель. Решение стационарной задачи Решение системы (2) с учётом соотношения (1) можно выразить в следующем виде: (3) Безразмерная скорость движения дефектов дается выражением: (4) Выход с поверхности зерна при V=0 равен: (5)

Содержание слайда: Диффузионно-конвективная модель. Анализ стационарной задачи Соотношение (3) дает возможность определить эффект влияния пластической деформации на выход ГПД: W <1 при 0 <k < 0.5 и 0<V<V1 , W >1 при 0 <k <0.5 и V>V1 , где ; при

Содержание слайда: Диффузионно-конвективная модель. Сопоставление с экспериментом. Для сопоставления экспериментальных результатов с уравнением (3) выразим величину V через параметры, регистрируемые в эксперименте: - скорость движения дефектов u пропорциональна скорости ползучести: u~έL, (6) где έ – скорость ползучести, L – линейный размер зерна. - относительный выход (отношение выходящего на внешнюю поверхность газа к образующемуся внутри объёма зерна- утечка) при u=0 определяется экспериментально и равен: , (7) где S, υ -поверхность и объём зерна. Используя систему уравнений (4,5,6,7) для определения V получим: (8) В уравнении (8) выражение в скобках порядка единицы.

Содержание слайда: Диффузионно-конвективная модель. Сопоставление с экспериментом. Сопоставление экспериментальных результатов по выходу 88Kr с уравнением (3) при ползучести диоксида урана в температурном интервале 1400-1800 К и механическом напряжении на образце от 0 до 40 МПа проведены с использованием стандартной программы Statistica 6, нелинейной её части. Определялся параметр к – доля поверхности растяжения. На рисунке представлены результаты сопоставления при к = 0,06. Полученное значение несколько ниже консервативной оценки[8] по соотношению: где а- величина порядка единицы, зависит от выбранной геометрии зерна (типа многогранника), ξ- доля пористости сосредоточенная по границам зерен, p- пористость. Если принять а = ξ =1 (консервативная оценка), то для топлива из диоксида урана к = 0,074 - 0,17 при изменении пористости р= 0,02-0,07.

Содержание слайда: Диффузионно-конвективная модель. Заключение. В решении задачи по определению параметров переноса ГПД в диоксиде урана в процессе его облучения в ядерном реакторе положен весьма общий подход - феноменологическое рассмотрение процесса диффузии продуктов деления. Этот принцип изначально предполагает использование математического аппарата в однородной среде, с учетом фундаментальных физических законов, с последующей опорой на экспериментальные результаты для нахождения физических параметров вещества. Полученные таким образом физические параметры могут быть в последствии использованы для решения более сложных практических задач. Представленные результаты обработки экспериментального материала позволяют определить радиационно-стимулированные параметры переноса, существенно отличающиеся от соответствующих аналогов, получаемых вне поля облучения. Эти параметры могут быть использованы в программах расчета твэлов ядерных реакторов и при рассмотрении нестационарных явлений в твэлах.