高燃耗下快堆燃料與包殼的化學相互作用模型建立及驗證

陳啟董 高付海

（中國原子能科學研究院北京102413）

燃料與包殼之間的物理化學相互作用行為是決定燃料元件最大燃耗的重要因素之一。氧化物燃料與包殼的相容性問題不僅與運行時間和運行參數有關，而且取決于腐蝕性裂變產物的量以及燃料和包殼材料的組成和性能。快中子反應堆燃料元件的化學相互作用模型和堆內實際運行條件下的腐蝕行為受到了國內外的極大關注［1-2］。

與壓水堆燃料元件采用的鋯合金包殼不同［3］，目前國際上鈉冷快堆燃料元件的包殼材料約為20%冷加工的奧氏體不銹鋼或者鐵素體-馬氏體鋼［4］。此外，商用壓水堆的最大燃耗約為6at%，而示范或商用快堆的最大燃耗約為10at%。因此壓水堆腐蝕模型并不適用于高燃耗的快堆燃料元件，有必要建立高燃耗下快堆燃料元件的化學相互作用模型，用于快堆燃料輻照元件與示范快堆燃料元件的設計及壽命的評價。

本文對快堆高燃耗下UO2燃料元件芯塊與包殼的化學相互作用進行數據收集和分析，采用腐蝕動力學分別建立了奧氏體不銹鋼包殼、鐵素體-馬氏體鋼包殼與UO2芯塊的化學相互作用模型，并植入自主開發的燃料元件性能分析程序FIBER-Oxide，對比分析模型計算結果與實驗數據，驗證模型合理性。

1 與奧氏體鋼包殼的化學相互作用模型建立

目前國際上鈉冷快堆燃料元件的包殼材料主要采用奧氏體不銹鋼，例如法國的1515Ti、德國的1.4970、俄羅斯的ЧC68、日本的PNC316、美國的D9、國內也研發了快堆的包殼材料CN-1515。……