压水堆燃料元件表面腐蚀产物沉积过程模型开发

矫彩山， 韩旭， 侯洪国， 谢杨， 翟佳旺， 谢海燕， 李学松

(1.哈尔滨工程大学 核科学与技术学院，黑龙江 哈尔滨 150001； 2.中国核动力研究设计院，四川 成都 610014)

1986年来，世界各地的核能力以年均1.5%的速度增长，而核能发电的增长率几乎是这个速度的两倍。这一增长很大程度上是由于现有核电站效率的改善和产能的增加，但同时也造成压水堆换料周期的延长和功率的提高，导致了燃料元件表面腐蚀产物沉积物的增加。压水堆一回路结构材料会在工作状态下发生一定的腐蚀并向冷却剂中释放腐蚀产物，这些腐蚀产物会随着冷却剂在一回路中进行迁移，进而在一回路内结构材料和燃料元件表面发生沉积[1]。腐蚀产物沉积 (chalk river unidentified deposit, CRUD)后形成的沉积层主要由NiFe2O4(NiO、Ni和其他镍铁铬尖晶石)组成[2]。CRUD的形成会对反应堆的安全及稳定运行造成影响，其中包括：CRUD会诱导局部金属基体的加速腐蚀，影响反应堆系统的安全性能；CRUD会导致包壳氢化，破坏燃料元件的完整性[3]；CRUD的多孔结构会导致硼的富集，进一步影响燃料元件的热工性能；CRUD在堆芯被活化并向冷却剂中释放活化腐蚀产物，在一回路堆芯外沉积后会对环境及操作人员的安全造成影响[4]。上述因素会影响反应堆正常操作运行，甚至缩短反应堆的服役期限。

腐蚀产物沉积过程以及CRUD沉积位置及分布规律，乃至沉积层对反应堆热工、水化学影响的预测，一直都是模拟所重点关注的内容。国内外先后开发出一系列的模拟软件来解决这些问题。……