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Reaction a l'interface gaine (acier inoxydable) combustible (oxyde mixte ) dans les elements combustibles irradies

1972; Elsevier BV; Volume: 43; Issue: 3 Linguagem: Inglês

10.1016/0022-3115(72)90063-3

1873-4820

F. de Keroulas, Robert Le Beuze, D. Calais, A. Van Craeynest, Marco Conte,

Nuclear reactor physics and engineering

Au cours du fonctionnement d'un réacteur, la fission provoque une oxydation du combustible (UPu)O2±x. Pour une certaine valeur de x, fonction de la composition de l'acier, la thermodynamique prévoit l'oxydation par le combustible du matériau de gainage. Cette réaction est limitée par la très faible mobilité du chrome et de l'oxygène dans les oxydes du type ferrite (essentiellement oxyde de chrome du type (CrFe)2O3) qui se forment à l'interface gaine combustible. Elle peut cependant se poursuivre par l'intermédiaire des produits de fission volatils, d'autant mieux que des contraintes internes dues au gonflement du combustible et au gradient thermique peuvent provoquer la fissuration de la pellicule d'oxyde protectrice. Le tellure réagit avec l'acier pour donner une phase riche en chrome et en manganèse (respectivement 19 et 6% en poids environ). Il s'en suit une déchromisation superficielle de l'acier ce qui réduit sa résistance à l'oxydation. L'iode donne lieu à un phénomène de transport en phase vapeur. L'iodure de césium (combinaison de produits de fission) attaque les joints de grain de l'acier en y abandonnant le césium pour former un mélange gazeux d'iodure de fer et de chrome. Ces iodures volatils migrent vers les parties chaudes et se décomposent dans les zones du combustible portées à une température voisine de 900 °C. During operation of a reactor, fission causes oxidation of the fuel (U, Pu)O2±x For a certain value of x, which is a function of the composition of the steel of the cladding, thermodynamic considerations imply oxidation of the cladding by the fuel. This reaction is limited by the very low mobility of chromium and oxygen in oxides of the ferrite type, (Cr, Fe)2O3, which form at the fuel/cladding interface. Nevertheless the reaction may proceed by the intermediary of volatile fission products, the more so where the internal stresses due to swelling of the fuel and to the thermal gradient may causa cracking of the protective oxide layer. Tellurium reacts with the steel to yield a phase rich in chromium and manganese (19 and 6 wt % respectively). A superficial reduction in chromium content results and this reduces the oxidation resistance of the steel. Iodine leads to vapour-phase transport. Caesium iodide (a compound of fission products) attacks the grain boundaries in the steel by depositing caesium while forming a mixture of iron iodide and chromium iodide vapours. These volatile iodides migrate towards hotter zones and decompose in regions at temperatures around 900 °C. Während des Reaktorbetriebs wird der Brennstoff (U, Pu)O2±x durch die Spaltung oxydiert. Die Thermodynamik sagt eine Oxydation des Hüllmaterials durch den Brennstoff für ein bestimmtes x voraus, das von der Zusammensetzung des Stahls abhängt. Diese Reaktion ist durch die sehr geringe Beweglichkeit des Chroms und Sauerstoffs in den Oxiden (im wesentlichen Chromoxid vom Ferrit-Typ (Cr, Fe)2O3) abhängig, die sich in der Grenzfläche Hüllmaterial-Brennstoff bilden. Die Reaktion kann durch die Zwischenschicht der flüchtigen Spaltprodukte um so besser fortschreiten, wenn die inneren Spannungen aufgrund des Brennstoffschwellens und des Temperaturgradienten die Zerstörung der schützenden Oxidschicht hervorrufen können. Tellur reagiert mit Stahl unter Bildung einer chrom- und manganreichen Phase mit ungefähr 19 bzw. 6 Gew.-%, was eine Chromabreicherung an der Oberfläche des Stahls zur Folge hat und den Oxydationswiderstand erniedrigt. Jod kann über die Gasphase transportiert werden. Caesiumjodid als Spaltproduktverbindung greift die Korngrenzen des Stahls unter Freisetzung des Caesiums und Bildung eines Gasgemischs aus Eisenund Chromjodid an. Diese flüchtigen Jodide wandern in Richtung des Temperaturgradienten und zerfallen im Brennstoff bei ungefähr 900 °C.