Новый механизм наводороживания материалов в активной зоне водо-водяных реакторов

Abstract

Методом Монте-Карло рассчитан спектр быстрых протонов, возбуждаемых в воде быстрыми нейтронами активной зоны. Основным механизмом образования быстрых протонов в замедлителе является упругое рассеяние быстрых нейтронов на ядрах атомов водорода. Показано, что при номинальной мощности реактора поток быстрых протонов на оболочку твэла составляет величину порядка 0,1 мкА/см², средняя энергия протонов ~ 1 МэВ, а максимальная энергия достигает 10 МэВ. Рассчитан профиль пробегов протонов по толщине оболочки: средняя глубина проникновения составляет 20 мкм, максимальная – достигает 200 мкм, а скорость осаждения водорода в слое составляет 5·10⁻⁵ ат./нейтр./мкм. Обсуждается роль рассмотренного механизма в процессе наводороживания циркониевой оболочки твэлов в воде при реакторном облучении.

Методом Монте-Карло розраховано спектр швидких протонів, збуджених у воді швидкими нейтронами активної зони. Головним механізмом утворення швидких протонів в уповільнювачі є пружне розсіювання швидких нейтронів на ядрах водню. Показано, що при номінальній потужності реактора потік швидких протонів на оболонку твела складає величину приблизно 0,1 мкА/см², середня енергія протонів ~ 1 МеВ, а максимальна енергія досягає 10 МеВ. Розраховано профіль пробігів протонів по товщині оболонки: середня глибина проникнення складає 20 мкм, максимальна – досягає 200 мкм, а швидкість осадження водню в шарі 40 мкм складає 5·10⁻⁵ ат./нейтр./мкм. Обговорюється роль розглянутого механізму в процесі наводнювання цирконієвої оболонки твелів у водні при реакторному опроміненні.

The spectrum of fast protons, generated in water by fast neutrons of WWER-1000 reactor core, has been calculated using the code MCNPX. The main mechanism of fast proton generation in the moderator is found to be elastic scattering of fast neutrons on hydrogen nuclei. Fast protons with mean energy 1 MeV flow towards the surface of cladding material at flux density ~ 0.1 μA/cm². Proton range distribution profile in cladding material is calculated. The range of fast protons in zirconium averages 20 μ, the maximal proton range is larger than 200 μ. The rate of hydrogen deposition in 40 μ layer amounts to 5·10⁻⁵ H/n/μ. A role of the suggested mechanism in process of zirconium clad hydrogenation during reactor irradiation is discussed.