鋯合金包殼二次氫化破損模擬方法研究

馬 雁 張智鑫 陳嘉威

（華北電力大學 北京 102206）

壓水堆中的鋯包殼管會與一回路冷卻劑發生鋯水反應產生吸氫行為［1］，吸收的氫在溫度梯度的作用下在鋯中擴散、固溶［2-3］，當包殼管的吸氫量超過其極限固溶度時，會析出大量氫化物［4］，導致鋯管脆性增加。當鋯包殼管在運行工況下由于氫脆、格架磨損等原因產生破損時，一回路冷卻水會通過破損處流入鋯包殼管與燃料元件的間隙，并在管壁內外側壓差作用下閃蒸為水蒸氣，進而使破損位置上方包殼管內壁發生氫脆破損，稱為二次氫化失效［5-6］。目前已有的鋯包殼管堆外模擬研究主要探究了該過程中的鋯氫反應、氫化物分布、鋯管形變及力學性能變化等問題。Lee等［7］應用高壓釜研究了二次氫脆發生時的鋯氫反應過程，研究分析發現，二次氫脆現象需同時滿足氧化物降解與蒸汽不足條件，而高壓釜實驗無法為鋯合金包殼內外壁提供溫差，未成功模擬二次氫脆現象發生的過程；Grosse等［8］則通過模擬LOCA工況下的二次氫化，研究了氫的分布規律；Kumar等［9］自行設計了堆外模擬裝置，研究了鋯合金包殼在二次氫脆發生過程中的形變現象；Okada［10］運用Yamato［11］和Takanori［12］等設計完善的實驗裝置評估了鋯包殼氧化和二次氫化對包殼管抗彎強度的影響。而此類實驗裝置屬于模擬動態循環回路，其制造資金較高，且運行周期相對較長，存在單次實驗數量有限的問題。目前國內用于研究氫脆、二次氫脆等現象的實驗裝置，未同時模擬完成一回路工況及鋯合金包殼在反應堆中的工作環境。……