Forschungszentrum Karlsruhe - Wissenschaftliche Berichte - FZKA 7373

Behaviour of oxide layer of zirconium-based fuel rod cladding under steam starvation conditions

J. Stuckert, M. S. Veshchunov

Abstract
This report presents the results of tests relating to the long-term annealing of preoxidised Zircaloy cladding tubes in an inert atmosphere at annealing temperatures between 1250 and 1500 °C and a corresponding model. The tests were aimed at investigating the reduction kinetics of the oxide layer in the steam starvation phase by the progression of core drying during a severe accident. Homogeneous formation of α-Zr(O) precipitations inside the oxide layer and formation of α-Zr(O) scale on the outer cladding surface were detected in addition to a decrease in the oxide layer thickness. This phenomenon is supposed to have a strong influence on intensive hydrogen release during the following quench phase.

Das Verhalten der Oxidschicht von Zirkonium-basierten Brennstabhüllrohren unter Dampfmangelbedingungen

Zusammenfassung
Es werden die Ergebnisse von Dauerglühversuchen mit voroxidierten Zircaloy-Hüllrohren in Inertgasatmosphäre bei Glühtemperaturen zwischen 1250 und 1500 °C und ein entsprechendes Modell dargestellt. Ziel der Tests war die Untersuchung der Kinetik der Oxidschichtreduzierung während der Dampfmangelphase bei der Trockenlegung des Reaktorkerns während eines schweren Störfalles. Neben der Abnahme der Oxidschichtstärke wurden die homogene Entwicklung von α-Zr(O) Ausscheidungen innerhalb der Oxidschicht und die Entwicklung einer α-Zr(O) Schicht an der äußeren Oberfläche des Hüllrohres nachgewiesen. Das Phänomen sollte einen starken Einfluss auf die intensive Wasserstofffreisetzung während der folgenden Abschreckphase haben.

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