МОДЕЛЬ ОКИСЛЕНИЯ ОТРАБОТАВШЕГО УРАНОКСИДНОГО ТОПЛИВА В КИСЛОРОДОСОДЕРЖАЩЕЙ СРЕДЕ

О. В. Хоружий, В. Г. Зборовский, Т. Н. Алиев, В. В. Лиханский

Аннотация


Принципиально важным для обоснования радиационной безопасности длительного сухого хранения отработавшего ядерного топлива является оценка последствий нештатных ситуаций, возможных при хранении. Один из сценариев аварии предполагает разгерметизацию контейнера, содержащего ТВС с дефектными твэлами. Попадающий при разгерметизации в контейнер воздух будет проникать и под оболочку негерметичного твэла, что может вызвать существенное окисление топлива, его распухание и деградацию дефекта. Безопасное хранение требует недопущения растрескивания оболочки с последующим высыпанием топлива. Для анализа указанных аварий необходима разработка моделей. В настоящей статье приведены основные положения новой модели, описывающей окисление топлива воздухом и результаты ее валидации на основе экспериментов. Модель учитывает окисление в два этапа: до фазы UO2,4 по диффузионному механизму и до фазы U3O8+y по механизму образования на границе зерен зародышей новой фазы и их роста, а также задержку вследствие проникновения кислорода в топливный фрагмент. Рис. 7, список лит. 18 назв.

Ключевые слова


отработавшее ядерное топливо, сухое хранение, негерметичное топливо, окисление диоксида урана кислородом

Литература


Spent Fuel Performance Assessment and Research. Viena: IAEA, 2021.

Review of Fuel Failures in Water Cooled Reactors. Rep. No NF-T-2.1. Vienna: IAEA, 2010. 178 p.

Kohli R., Stahl D., Pasupathi V. e.a. The behavior of breached boiling water reactor fuel rods on long-term exposure to air and argon at 598 K. — Nucl. Techn., 1985, v. 69, № 2, p. 186—197.

Center H. Holtec International Final Safety Analysis Report for the Hi-Storm 100 Cask System. NRC ADAMS, 2010.

McEachern R., Taylor P. A review of the oxidation of uranium dioxide at temperatures below 400 °C. — J. Nucl. Mater., 1998, v. 254, № 2—3, p. 87—121.

Aronson S., Roof R., Belle J. Kinetic study of the oxidation of uranium dioxide. — J. Chem. Phys., 1957, v. 27, № 1, p. 137—144.

Hoekstra H., Santoro A., Siegel S. The low temperature oxidation of UO2 and U4O9. — J. Intern. Nucl. Chem., 1961, v. 18, p. 166—178.

Rousseau G., Desgranges L., Charlot F. e.a. A detailed study of UO2 to U3O8 oxidation phases and the associated rate-limiting steps. — J. Nucl. Mater., 2006, v. 355,№1—3, p. 10—20.

McEachern R., Choi J., Kolar M. e.a. Determination of the activation energy for the formation of U3O8 on UO2. — Ibid., 1997, v. 249, № 1, p. 58—69.

McEachern R., Doern D., Wood D. The effect of rareearth fission products on the rate of U3O8 formation on UO2. — Ibid., 1998, v. 252, № 1—2, p. 145—149.

Wasywich K., Hocking W., Shoesmith D. e.a. Differences in oxidation behavior of used CANDU fuel during prolonged storage in moisture-saturated air and dry air at 150 °C. — Nucl. Techn., 1993, v. 104, № 3, p. 309—329.

Einziger R., Thomas L., Buchanan H. e.a. Oxidation of spent fuel in air at 175 to 195 °C. — J. Nucl. Mater., 1992, v. 190, p. 53—60.

Buscaglia V., Milanese C. Diffusion-controlled solid-state reactions of spherical particles, a general model for multiphase binary systems. — J. Phys. Chem. B, 2005, v. 109, № 39, p. 18475—18482.

Rouyer J., Poulesquen A., Desgranges L. e.a. Modelling of the spent fuel oxidation: toward the operational model. — J. Nucl. Mater., 2009, v. 395, № 1—3, p. 89—98.

Hanson B. The Burnup Dependence of Light Water Reactor Spent Fuel Oxidation. Rep. PNNL-11929, 1998.

Hanson B. Civilian Radioactive Waste Management Service — Management and Operations, Clad Degradation — Dry Unzipping. ANL-EBS-MD-000013, 2000.

Hastings I., McCracke D., Novak J. e.a. Behaviour in air at 175—400 °C of irradiated UO2 fuel. — In: Proc. Intern. Workshop on Irradiated Fuel Storage: Operating Experience and Development Programs. Toronto, 17—18 October 1984, p. 626—654.

Einziger R., Strain R. Behavior of breached pressurized water reactor spent-fuel rods in an air atmosphere between 250 and 360 °C. — Nucl. Techn., 1986, v. 75, № 1, p. 82—95.


Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.