鎳鐵對壓水堆鋯合金表面污垢形成及硼析出的影響研究

蒙舒祺 胡藝嵩 阮天鳴

鎳鐵對壓水堆鋯合金表面污垢形成及硼析出的影響研究

蒙舒祺 胡藝嵩 阮天鳴

（中廣核研究院有限公司 深圳 518000）

壓水堆（Pressurized Water Reactor，PWR）腐蝕產物會在鋯合金表面形成污垢（Chalk Rivers Unidentified Deposit，CRUD），冷卻劑中硼在CRUD中的析出會造成軸向功率分布異常，影響堆芯安全性。鎳鐵作為CRUD的主要成份，對CRUD形成及硼析出具有較大影響。在高溫高壓動水循環實驗回路中模擬了PWR鋯合金表面CRUD的形成過程，采用X射線光電子能譜儀（X-ray Photoelectric Spectroscopy，XPS）和掃描電子顯微鏡（Scanning Electric Microscope，SEM）等方法研究了鎳鐵對CRUD形成及硼析出的作用機理。調整鎳鐵注入順序和溶解氫（Dissolved Hydrogen，DH）濃度的檢測結果顯示：DH濃度分別為40 cm3·kg-1和0 cm3·kg-1，對應的CRUD最大厚度為5 μm和15 μm；鎳鐵比分別為1.06、0.48和0.11時，對應的CRUD中硼摩爾百分數為19.8%、4.5%和0.3%。研究結果表明：鐵比鎳更容易在干凈的鋯合金表面沉積，形成的CRUD為尖晶石結構，CRUD中的鐵對鎳沉積具有促進作用；當鎳發生沉積后，CRUD逐漸從尖晶石結構轉變為疏松多孔形貌；CRUD中鎳鐵比升高會造成硼析出，而鎳鐵比較低的區域幾乎沒有硼析出。本文研究成果揭示了燃料表面污垢形成過程及其對硼析出的影響機理。

壓水堆，鋯合金，污垢，硼析出，鎳鐵比

壓水堆（Pressurized Water Reactor，PWR）一回路腐蝕產物在鋯合金表面形成污垢（Chalk Rivers Unidentified Deposit，CRUD）后會造成冷卻劑中硼的析出，引起軸向功率分布異常，嚴重時誘發軸向功率偏移［1?2］。PWR運行經驗表明，CRUD主要由鎳鐵氧化物組成［3］，當硼大量析出時，CRUD與鋯合金交界面處會生成鎳鐵硼絡合物，并出現明顯的ZrO2分層［4］，說明鎳鐵對CRUD生成及硼析出具有較大影響。……