弥散型燃料的裂变气体行为研究

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1、第21卷第6期核动力工程Vol.21.No.62000年12月NuclearPowerEngineeringDec.2000弥散型燃料的裂变气体行为研究邢忠虎应诗浩(中国核动力研究设计院核燃料及材料国家级重点实验室，成都，610041)摘要探讨了弥散型燃料中对辐照肿胀有重要影响的裂变气体的行为机理。裂变气体原子聚集成气泡引起燃料相肿胀，气泡的尺寸分布是影响辐照肿胀的重要因素。决定气泡生长的裂变气体的行为机理主要有：裂变气体原子的产生和热扩散迁移，气泡的成核和聚合长大，气泡内气体原子的重溶，燃料相的辐照亚晶化等过程。燃料中各种尺寸的气泡浓度随时间的变化率可用气泡生长的

2、动力学速率方程组来描述。当裂变密度较高时，辐照产生的缺陷引起燃料相的亚晶化。亚晶界网络的出现加速了气泡聚合过程，引起大尺寸气泡的产生，辐照肿胀随裂变密度加速增加。在一定辐照条件下拐点燃耗随温度增加而减小，温度是影响弥散型燃料辐照肿胀非常重要的因素。本文计算了一定条件下U3Si2-Al弥散型燃料的辐照肿胀随裂变密度的变化。对照表明，理论计算值与实验测量值相一致，有关裂变气体的行为机理模型能有效地预测一定运行条件下弥散型燃料的辐照肿胀规律。关键词裂变气体气泡重溶聚合亚晶化!引言气泡的产生。显然气泡中的裂变气体密度比固裂变产物积累引起的辐照肿胀是决定弥散体裂变产物的密度小

3、得多，同时气泡密度随气型燃料最大使用燃耗的主要因素。固体裂变产泡尺寸增加而减少并与燃料相的物理条件和外物以金属、氧化物、盐类等形态与燃料相形成界约束有关。因此，气体裂变产物引起的肿胀固溶体或作为夹杂物存在于燃料相中，其固态量较大，裂变气体在燃料相中的行为是决定辐密度较高并且在使用工况下基本上不随堆内运照肿胀量随燃耗而变化的主要因素。行条件而改变。固体裂变产物引起的肿胀量较根据裂变气体的行为机理和有关弥散型燃小，肿胀量与燃耗成正比，变化规律明确。然料的理论模型开发了计算弥散型燃料辐照肿胀而气体裂变产物在燃料相中的行为则比较复的程序。采用该程序计算了有关裂变气体行为杂。

4、裂变气体原子不溶于燃料相，但是在裂变特征的重要数据，如U3Si2燃料相的拐点燃耗密度较低的情况下，气体原子作为间隙原子存随辐照温度的变化曲线、各种裂变密度条件下在于燃料晶格间隙中或者捕获在各种天然缺陷燃料相中的气泡尺寸分布以及燃料颗粒的辐照和辐照缺陷中。随着裂变密度的增加，裂变气肿胀随辐照条件的变化曲线。计算结果表明：体通过热运动而迁移，并通过相互碰撞而形成U3Si2-Al弥散型燃料的辐照肿胀存在稳态肿胀阶气泡核；或者通过被点缺陷、位错、晶界和空段和加速肿胀阶段，这两者的分界点为拐点燃洞等的捕获而形成气泡核。气泡核通过各种行耗。作为与计算值的对照，还给出了相同条件为

5、机理不断吸收游离气体原子而长大。当裂变下U3Si2-Al弥散型燃料的燃料颗粒辐照肿胀的密度较高时，燃料相的亚晶化过程引起大尺寸实验值。1999年11月8日收到初稿，2000年2月14日收到修改稿。刑忠虎等：弥散型燃料的裂变气体行为研究56l成核过程。同时燃料中的点缺陷、位错、晶界!计算方法和空洞等具有捕获气体原子形成气泡核心的能研究裂变气体在燃料相中的行为主要有下力，该过程叫做不均匀成核过程。辐照开始列5个方面的内容：①裂变气体的产生和迁后，成核过程也就开始了。在成核期间，新气移；②气泡的成核和聚合长大；③气泡内气体体原子发生碰撞或捕获成核的几率大于它们进原子的重溶

6、；④气泡生长的动力学过程；⑤辐入现成核心的几率；随着核心浓度的增加，新照缺陷引起的燃料相亚晶化。裂变气体在燃料气体原子进入现成核心的几率将超过成核几相中的行为决定了气泡的形成方式、速率和气率。这两种过程达到平衡的时间称作成核时泡的形态。在裂变气体总量一定的情况下，燃间。平衡点将辐照时间划分为成核区和长大料相的体积肿胀主要取决于气泡的尺寸分布。区。因为双原子团吸收游离气体原子成为三原计算各种尺寸的气泡浓度随辐照条件的变化是子团并继续吸收气体原子成为尺寸更大的气研究裂变气体肿胀的核心。研究裂变气体的行泡，因此双原子团的浓度随辐照时间而减少。为目的在于研究气泡形成和长大的

7、各种机理，含有m个原子的气泡吸收单个气体原子的速率通过气泡生长动力学速率方程组计算出一定辐由下列公式决定。照条件下气泡的尺寸分布，从而获得辐照肿胀I=zl，mVaDg（3）l，m2随燃耗和其它条件而变化的规律。ra式中：I3!"#裂变气体的产生和迁移l,m为气泡吸收气体原子的速率(m·235S-lD；zU原子核裂变产生Kr和Xe惰性气体同l,m为发生吸收的组合数；Va为燃料的原子体积(m3D；D为气体原子的扩散系数(m2·位素，只有稳定的和长寿命的同位素才能引起g-lD；r为燃料的原子半径(mD。燃料相的肿胀。裂变过程中，稳定的Kr和XeSa同位素的总产额(YD