Facility for hydrogenation and thermal testing of internally pressurized dummy fuel rods

Abstract

A facility allowing to conduct experiments on dummy fuel rods up to 250 mm long, at temperatures up to 700 °C is presented. The designed facility is unique in that the conditions for the tests to be conducted on it most closely resemble (except for irradiation) those of fuel rods operation, loading and storage in SFDSF. All test parameters are programmed and regulated by special sensors, which brings the experiment on fuel rod temperature effect and pressure under the cladding as close as possible to the conditions of fuel rod operation in reactor and further storage in SFDSF. Hydride Reorientation Test (HRT) was conducted on dummy fuel rod sunder internal pressure of 3...5 MPa (at room temperature) and with hydrogen concentration of 50...300 ppm in the modes that simulate SNF handling with limiting heating to 410 °С and accidents with seven 410↔300 and 410↔180 °С thermal cycles. It has been demonstrated that the effectiveness of the influence of the test conditions in the specified modes on hydride reorientation increases with increasing hydrogen concentration and tangential stresses in the dummy fuel rod claddings. It has been shown that the test samples design, control and measurement devices, as well as the parameters estimated during the test and further investigations fully meet the test requirements.

Представлена установка, яка дозволяє проводити експерименти з макетами твелів довжиною до 250 мм при температурах до 700 °С. Унікальність спроектованої установки в тому, що випробування, які будуть проводитися на ній, максимально приближені (за виключенням опромінення) до тих, що відбуваються в твелах у період експлуатації, завантаження і зберігання в ССВЯП. Всі параметри випробування запрограмовані і регулюються спеціальними датчиками, що максимально наближає експеримент за температурними впливами і тиском під оболонкою макетів твелів до умов роботи твелів у реакторі і подальшого зберігання в ССВЯП. Проведено випробування на переорієнтацію гідридів на макетах твелів з внутрішнім тиском 3...5 МПа (при кімнатній температурі) і з концентрацією водню 50...300 ppm у режимах, що імітують перевантаження ВЯП з граничним нагріванням до 410 °С і аварійні ситуації з семиразовим термоциклуванням 410↔300 і 410↔180 °С. Показано, що ефективність впливу умов випробувань за вказаними режимами на переорієнтацію гідридів підвищується зі збільшенням концентрації водню і підвищенням тангенціальних напружень в оболонках макетів твелів. Показано, що конструкція випробовуваних зразків, пристрої контролю та вимірювань, параметри яких оцінюються в процесі випробувань і наступних досліджень, повністю відповідають усім вимогам для проведення даних випробувань.

Представлена установка, которая позволяет проводить эксперименты с макетами твэлов длиной до 250 мм при температурах до 700 °С. Уникальность спроектированной установки в том, что испытания, которые будут проводиться на ней, максимально приближены (исключая облучения) к тем испытаниям, что происходят в твэлах в период эксплуатации, загрузки и хранения в СХОЯТ. Все параметры испытания запрограммированы и регулируются специальными датчиками, что максимально приближает эксперимент по температурным воздействиям и давлению под оболочкой макетов твэлов к условиям работы твэлов в реакторе и последующего хранения в СХОЯТ. Проведены испытания на переориентацию гидридов на макетах твэлов с внутренним давлением 3...5 МПа (при комнатной температуре) и концентрацией водорода 50...300 ppm в режимах, имитирующих перегрузки ОЯТ с предельным нагреванием до 410 °С и аварийные ситуации с семикратным термоциклованием 410↔300 и 410↔180 °С. Показано, что эффективность влияния условий испытаний по указанным режимам переориентации гидридов повышается с увеличением концентрации водорода и повышением тангенциальных напряжений в оболочках макетов твэлов. Показано, что конструкция испытываемых образцов, устройства и измерения, параметры которых оцениваются в процессе испытаний и последующих исследований, полностью соответствуют всем требованиям для проведения данных испытаний.