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Study on hydride precipitation and hydrogen embrittlement in Zr claddings by fabrication of metastable Zr hydride

亚稳态氢化锆制备对锆包层氢化物析出和氢脆的研究

基本信息

批准号：
20H02666
负责人：
牟田浩明
金额：
$ 6.91万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H02666/
关键词：
燃料被覆管水素化物 Zr水素化物水素脆化

项目摘要

軽水炉で用いられるZr合金燃料被覆管は原子炉運転下にて冷却水と腐食反応を起こし、脆いZr水素化物が形成される。この水素化物は被覆管の健全性を劣化させることが知られているが、被覆管内に析出するδ相Zr水素化物、およびその前駆体であるγ相Zr水素化物の評価は十分になされていない。このため、δ相及びγ相水素化物の合成と特性評価を試みた。δ相Zr水素化物の破壊靱性における結晶方位の影響についての知見を得るため、大粒径試料を合成し、その破面観察を行った。その結果、破面の大部分は{111}と{110}であり、fcc構造をもつδ相Zr水素化物は、これらの面でへき開しやすいことが明らかになった。｛111｝はZr原子、｛110｝はZr原子と水素原子をあわせた原子密度が高い面である。また、得られた試料について3点曲げ試験から破壊靭性値を測定したところ、平均値は0.83 MPa√mと過去の報告値と近い値が得られたが、測定値は大きくばらついた。破面観察より、値のばらつきにはこの強い結晶方位依存性が影響していることが示唆された。燃料被覆管は集合組織が調整されており、水素化物の方位も揃っていることから、水素脆化の評価のためには結晶方位依存性のより正確な把握が必要である。体積膨張を伴う水素化物の析出においては、前駆体であるγ相水素化物の機械的特性の評価が必要になる。このため準安定相であるγ相水素化物について、急冷および低温での熱処理による粒の肥大化を試みた。急冷によりγ相の割合が増加し、およそ10μmほどの径をもつγ相が確認された。得られた試料について、局所押し込み試験による機械的特性の評価を試みている。

The Zr alloy fuel coated tube used in the furnace is used for cooling water and corrosion reaction under the operation of the atomic furnace. The Zr hydrate is formed. This hydrate deteriorates the soundness of the coated tube. It is known that the δ-phase Zr hydrate precipitated in the coated tube and the γ-phase Zr hydrate precipitated in the precursor are evaluated very well. Evaluation of Synthesis and Properties of Hydrates in δ-, δ-and γ-Phases The effect of crystal orientation on the properties of δ-Zr hydrate was studied. The synthesis of large particle size samples was studied. As a result, most of the broken surfaces are {111} and {110}. The fcc structure is composed of δ-phase Zr hydrate. {111}Zr atoms,{110} Zr atoms,{111} Zr atoms,{110 atoms,{111} Zr atoms,{111 atoms,{11 atoms} Zr atoms} The test results show that the toughness value of the test sample is 0.83 MPa and the measured value is 0.05 MPa. The influence of crystal orientation dependence on surface observation and value is obvious. Fuel coating tube assembly organization adjustment, hydration orientation, hydration embrittlement evaluation, crystallization orientation dependence, correct grasp is necessary. Volume expansion accompanied by precipitation of γ-phase hydrate is necessary for evaluation of mechanical properties of γ-phase hydrate. The quasi-stable phase, γ-phase hydrate, quenching, and low temperature heat treatment are the main reasons for the hypertrophy of particles. Rapid cooling of the γ-phase separation increases, and the diameter of the γ-phase separation increases by 10μm. The test material is selected, the test material is selected, and the mechanical characteristics are evaluated.