核电站控制棒组件(RCCA)肿胀机理分析

猿援员 RCCA 容易肿胀的部位 通过以上分析可知袁 在一定时间的高通量中子辐照下袁RCCA 吸
收体渊Ag-In-Cd 合金冤组织结构的改变是导致自身肿胀的主要原因袁 热Байду номын сангаас定性的改变以及高温蠕变行为会促使吸收体的肿胀行为遥
RCCA 下端塞区域在正常运行期间会大量吸收燃料组件释放出 的热中子袁此区域组织结构改变会更多袁更容易出现肿胀现象袁此区域 是在役检查重点需要关注的部分渊约 200mm 范围冤遥 3.2 RCCA 肿胀的时间
圆冤包壳院不锈钢遥 猿冤弹簧院不锈钢遥 源冤上下端塞院不锈钢遥
员 可能产生的缺陷及分析
随着核电站运行周期的增加袁RCCA 长期处在高温尧高放射性尧往
. Al复l机械R运i动gh的t特s殊工R况e下s袁er金v属e材d料.热老化现象尧RCCA 与导向管的
接触磨损工况袁均会导致服役一定时间的控制棒组件产生以下三种典 型的缺陷院
体之间的间隙基本相同袁那么通过计算该核电厂 RCCA 控制棒单位时 间受中子辐照注量值袁即可保守估计出 RCCA 肿胀的时间以及 RCCA 控制棒需要更换的时间袁 并结合大亚湾核电站 RCCA 历年检查结果 渊经验值冤袁可得到合理经济的 RCCA 在役检查计划排布 遥
源 结束语
RCCA 肿胀问题是由于控制棒吸收体 Ag-In-Cd 合金在一定的中 子辐照后发生肿胀致使控制棒包壳受挤压变形导致的遥 在一定时间的 高通量中子辐照下袁RCCA 吸收体渊Ag-In-Cd 合金冤组织结构的改变 是导致自身肿胀的主要原因袁热稳定性的改变以及高温蠕变行为会促 使吸收体的肿胀行为遥 RCCA 肿胀更应关注的是包壳材料因吸收体肿 胀受挤压发生的断裂失效行为袁包壳发生断裂时应该进行更换遥RCCA 肿胀和控制棒包壳的材料袁中子注量以及包壳和吸收体之间的间隙有 关袁 通过增大包壳和吸收体之间的间隙是降低 RCCA 肿胀的有效方 法遥
(iii)To promote management innovation and technological progress of enterprise logistics. Given the complexity and uncertainty of reverse logistics, companies must have advanced IT and operational management system for support, take a series of planning controls and measures to improve resource utilization efficiency and return on investment.
咱责任编辑院杨玉洁暂
渊上接第 228 页冤law make recycle market to present the phenomenon of that there must be laws to go by, the laws must be observed and strictly enforced, and law-breakers must be prosecuted.
RCCA 结 构 由 吸 收 剂 棒 渊Absorber冤尧 包 壳 渊Cladding tube冤尧 弹 簧 渊Spring冤和上下端塞渊Top and bottom end plug冤构成遥
员冤吸收剂棒院吸收剂芯体由 Ag-In-Cd 合金制成袁吸收中子能力 较强袁这种吸收剂棒称为黑棒曰另外一种吸收剂棒是不锈钢棒袁吸收中 子能力较弱袁这种吸收剂棒称之为不锈钢棒或者灰棒遥
1冤磨损 Wear 圆冤肿胀 Swelling 猿冤裂纹 Cracking 员援员 磨损 Wear 磨损主要分为野C冶型磨损和野V冶型磨损袁产生磨损的原因院 员冤受水流冲击影响袁控制棒下部区域频繁与导向板摩擦产生曰 圆冤控制棒在正常运行期间的上下步进运动时袁控制棒与导向管摩 擦产生遥 员援圆 肿胀 Swelling 产生肿胀的原因院控制棒包壳内部的银铟镉渊Ag-In-Cd 合金冤芯 块在吸收大量中子后会导致体积膨胀袁RCCA 下端塞区域在正常运行 期间大量吸收燃料组件释放出的热量中子袁此区域更容易出现肿胀现 象袁肿胀将导致棒体可能无法下插到控制棒导向管内内遥 控制棒不能完全插入导向管的原因很多袁比如燃料组件在服役过 程中由于热膨胀尧辐照以及轴向压紧力的综合作用下导致的弯曲也是 一个重要原因遥 员援猿 裂纹 Cracking 产生裂纹的原因院 当 Ag-In-Cd 合金发生肿胀时袁 由于张力的增 加导致包壳裂纹的产生袁裂纹可使控制棒的封头松开袁使棒的整体性 丧失袁从而可能导致吸收体物质的泄漏袁污染冷却剂遥
有研究渊日本美滨 2 号机组冤表明 RCCA 的肿胀首先是吸收体发 生肿胀袁然后吸收体挤压控制棒包壳导致不锈钢包壳发生塑性变形从 而导致 RCCA 的肿胀袁直至不锈钢包壳发生断裂遥 并且院RCCA 的肿 胀主要和以下三点有关系院
员冤控制棒吸收体中子注量曰 圆冤控制棒不锈钢包壳的屈服强度曰 猿冤RCCA 吸收体和不锈钢包壳的间隙大小遥 表 1 是日本美美滨 2 号机组 RCCA 相关参数遥 经过对较多类型 RCCA 肿胀研究袁 关于控制棒直径的增加值和 中子注量的关系对于所有类型的控制棒组件存在一个导致包壳裂纹 萌生的中子注量临界值为 0.8伊1024n/m2(E>1MeV)袁此时该吸收剂棒应
圆援猿 高温蠕变导致肿胀
高温蠕变是指材料在高温和恒定应力作用下袁应变随时间的延长
而增加的现象袁它与塑性变形不同袁塑性变形通常在应力超过弹性极
限之后出现袁而高温蠕变只要在应力的作用足够长袁它的应力小于弹
性极限时也能出现遥 所以吸收体在高温下的蠕变行为会促使吸收体的
肿胀遥
猿 RCCA 肿胀部位以及肿胀时间
圆 RCCA 肿胀机理
圆援员 组织结构的改变导致肿胀
RCCA 肿胀缺陷的产生是因为中子吸收体渊Ag-In-Cd 合金冤在高
的中子辐照下产生肿胀袁 进一步导致控制棒包壳受挤压发生变形袁最
后导致包壳裂纹的萌生和扩展遥 吸收体肿胀的原因主要是由于在中子
辐照的过程中其组织机构在改变遥 在中子辐照过程中袁Ag-In-Cd 合金
Science & Technology Vision
科技视界
核电站控制棒组件（RCCA）肿胀机理分析
单秉昆 渊辽宁红沿河核电有限公司袁辽宁 瓦房店 116319冤
揖摘 要铱控制棒组件渊Rod Cluster Control Assembly冤简称 RCCA袁在正常运行时用于调节反应堆功率袁在事故工况下快速引入负反应性袁使 反应堆紧急停堆袁保证核安全遥 随着核电站运行周期的增加袁RCCA 长期处在高温尧高放射性尧往复机械运动的特殊工况下袁金属材料热老化现 象尧RCCA 与导向管的接触磨损工况袁均会导致服役一定时间的控制棒组件产生磨损尧肿胀裂纹等缺陷遥 本文主要论述了 RCCA 可能产生的缺 陷及分析尧RCCA 肿胀机理尧RCCA 肿胀部位以及肿胀时间遥
揖关键词铱RCCA曰缺陷曰肿胀曰机理
0 引言
控制棒组件渊Rod Cluster Control Assembly冤简称 RCCA袁在正常运 行时用于调节反应堆功率袁在事故工况下快速引入负反应性袁使反应 堆紧急停堆袁保证核安全遥
根据燃料组件的类型袁控制棒组件分为 14伊14袁15伊15 以及 17伊17 型三种类型袁每种类型的控制棒组件分别对应 16袁20袁24 根吸收剂棒袁 大型压水堆核电站目前多采用 17伊17 型燃料组件遥
14伊14 4.0 16
Ag-In-Cd 合金 Min40袁Nominal80袁Max120
304SS 11 475
试验表明袁通过增大不锈钢包壳和吸收体渊Ag-In-Cd 合金冤的间 隙可以改进 RCCA 的抗肿胀性能袁这种改进是有效的袁在所测的核电 厂中没有发现控制棒直径的增加袁 不过在试验中最大的中子注量是 0.6伊1024n/m2袁还有待进一步研究遥
肿胀和开裂袁 也就是研究认为的辐照辅助机械开裂机制-irradiation
assisted mechanical cracking(IAMC)遥
圆援圆 热稳定性改变导致肿胀
Ag-In-Cd 合金具有优良的热稳定性袁热膨胀系数较小袁但是 Ag-
In-Cd-Sn 合金不具有热稳定性渊not thermodynamically stable冤遥
的组织机构会发生如下变化[1]院
107
108
108
Ag+n寅 Ag寅 Cd 渊茁原凿藻糟葬赠冤
10怨
员员园
员员园
Ag+n寅 Ag寅 Cd 渊茁原凿藻糟葬赠冤
员员缘
员员远
员员远
陨灶+n寅 陨灶寅 杂灶 渊茁原凿藻糟葬赠冤
员员猿
员员源
Cd垣灶寅 Cd援
吸收体经过一定的中子辐照之后就会由 Ag-In-Cd 合金逐渐转
通过以上资料中的研究结果袁可以得出以下推论院 员冤核电站在役检查应更关注 RCCA 由于肿胀导致不锈钢包壳的断 裂行为袁在包壳发生裂纹萌生和扩展之后需要进行更换遥 圆冤控制棒包壳和吸收体之间的间隙对于 RCCA 肿胀影响较大袁如 果间隙尧包壳材料和研究中核电厂的相同或接近袁那么包壳发生裂纹
萌生的临界中子注量值是 0.8伊1024n/m2袁并具有一定的参考意义遥 猿冤若新的核电厂和资料中所研究核电厂控制棒不锈钢包壳和吸收
(ii)Government should develop economic and special policy. On the hand, our country have already set many relevant laws and regulations,
. AlonltheRoithegr hhatnds, theRgeovserenmrevnteshdou.ld give the special tax discount or
二相袁 但是在控制棒尖端中心 h.c.p 相逐渐减小袁 而 f.c.c 金属逐渐增
多袁也就是说在高的中子辐照下袁吸收体经过核反应后会形成较多的
h.c.p 第二相遥
可以知道袁 由于面心立方金属和密排六方金属的致密度都是
0.74袁一种面心立方金属全部转变为密排六方金属袁体积基本是不会
改变的袁但是 Ag-In-Cd 合金通过中子辐照后在其基体相中产生了密
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该更换遥
表员 日本美滨 2 号机组
燃料组件类型
长度渊m冤
1 个 RCCA 组件控制棒数量
黑棒吸收体材料
吸收体和包壳间隙渊滋m冤
不锈钢包壳
材料
直径渊mm冤
厚度渊滋m冤
tax reductions for enterprises that recycling waste household appliances. Or the third parties recycling waste household appliances. For the enterprises that don爷t building up the system of recycling waste household appliances, the government can publish a Penalty policy collect pollute pee.
排六方结构的第二相组织袁金相试验表明袁主要的吸收体外边沿出现
多种的沿晶开裂袁晶粒缺失袁气孔袁并创造出不同的形状[2]遥 气孔尧沿晶
开裂的产生会导致组织结构的疏松膨胀袁 在宏观表现上就是密度降
低袁体积增大袁这就是中子辐照后 Ag-In-Cd 合金肿胀的原因之一遥
于是不锈钢包壳在吸收体肿胀压力的作用下袁最终导致 RCCA 的
揖参考文献铱 咱员暂Cladding Tube Cracking Caused by Absorber Sweing for PWR RCCA Rodlets [Z].Takamori MATSUOKA. 咱圆暂Pressurized Water Reactot Ag-In-Cd Control Rod Lifetime[Z].
变为 Ag-In-Cd-Sn 合金遥通过晶体结构对比袁Ag-In-Cd 合金是面心立
方结构渊f.c.c冤袁而经过中子辐照后会产生密排六方结构渊h.c.p冤的第二
相组织渊材料中不同于基体相的所有其他相的统称袁一般非连续分布
在基体相中冤遥
通过金相试验结果可以证明袁Ag-In-Cd 合金在高的中子辐照一
定程度后会导致控制棒尖端外圈部分的金属组织逐渐转变为 h.c.p 第