残余气孔对TRISO颗粒高温堆内热-力学行为影响研究

来源：核动力工程杂志2023年第6期北京时间：

作者：赵艳丽, 刘仕超, 李垣明, 唐昌兵, 路怀玉

单位：中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室，成都，610213；

摘要：为了明确SiC层中可能出现残余气孔对三向同性燃料（TRISO）颗粒堆内性能影响，确定残余气孔的临界尺寸，本文采用多物理场耦合COMSOL软件对含有残余气孔的TRISO颗粒的堆内行为进行数值模拟，以分析TRISO颗粒裂变气体、CO释放量及内压和残余气孔尺寸对TRISO颗粒包覆层应力分布的影响。分析结果表明，在辐照后期，TRISO颗粒的CO释放比例远高于裂变气体原子，颗粒内压可达49.5 MPa。残余气孔的存在使得碳化硅（SiC）层、内致密热解碳（IPyC）层和外致密热解碳（OPyC）层应力迅速增大，尤其是SiC层，当残余气孔尺寸达到9 μm时，SiC层最大应力达600 MPa，远高于其本征强度；当残余气孔尺寸为5 μm时，SiC层的最大应力约为450 MPa，与其本征强度相当。因此，在制备过程中为保证SiC层的结构完整性， SiC层的残余气孔尺寸应小于5 μm。

关键词：三向同性燃料（TRISO）颗粒, 残余气孔, 应力状态, 辐照变形

基金资助：国家自然科学基金（12005213）；四川省自然科学基金（2022NSFSC1199）