Wissenschaftliche Berichte FZKA 6604

Abstract

Nine separate-effects tests with VVER fuel rod simulators (Zr-1Nb cladding, 150mm length) on the cooldown by steam in the temperature range 1100°C-1600°C have been performed. The main parameters of the tests were the degree of pre-oxidation and the rod temperature at the onset of cooldown. The tube specimens were pre-oxidised (100-300 µm oxide thickness) at 1400°C in a steam/argon gas mixture in the QUENCH rig before quenching. Then specimens were rapidly cooled down by steam (mass flow 1 g/s, temperature of about 150°C), which was injected into the test section simulating conditions above the quench-water front during core reflooding. The mechanical behaviour of the cladding tubes depends on the cooldown temperature and the extent of pre-oxidation. The formation of through-wall cracks was observed in the experiments with ZrO2 layer thickness larger than 200 µm. The hydrogen release during pre-oxidation and quenching phases was analysed. Up to 1400°C no deviation of the hydrogen release rate from the analogous tests with Zircaloy?4 cladding was found. Additionally the amount of absorbed hydrogen in segments of Zr-1Nb test specimens was analysed after the tests. The results show that under the same conditions the Zr-1Nb cladding tubes absorb less hydrogen than the Zircaloy-4 ones.

Abschreckexperimente mit Zr-1Nb Hüllrohren. Vergleich mit Zircaloy-4 Versuchen und Modellierung

Zusammenfassung

Neun Einzelstab-Versuche mit kurzen (150 mm) VVER Brennstabsimulatoren zum mechanischen Verhalten von Zr-1Nb-Hüllrohren während des Dampfabschreckens von Temperaturen zwischen 1100°C und 1600°C sind in der kleinen FZK QUENCH Anlage durchgeführt worden. Die Proben wurden bis zu Oxidschichtdicken von 300 µm voroxidiert und in Wasserdampf mit einer Rate von 1 g/s abgeschreckt. Makroskopische durchgehende Risse durch das Hüllrohr wurden beim Dampfabschrecken in den Experimenten mit Oxidschichtdicken größer als 200 µm gebildet. Die Wasserstofffreisetzung während der Tests mit Zr-1Nb-Stäben wurde mittels Massenspektrometergemessen. Bis zur Temperatur von 1400°C ist die Oxidationskinetik von Zr-1Nb und Zircaloy-4 vergleichbar. Oberhalb 1400°C nimmt die Kinetik der Wasserstoffproduktion im Vergleich zu Zircaloy-4 stark zu. Die Menge des absorbierten Wasserstoffs in den Zr-1Nb-Proben wurde analysiert. Die Resultate zeigen, daß bei gleichen Bedingungen die Zr-1Nb-Hüllrohre weniger Wasserstoff absorbieren als Zircaloy-4 Rohre.