烧结UO2芯块热冲击诱发断裂的实验验证多物理场建模
材料科学
2022-04-27 v1 应用物理
摘要
商业核电站广泛依赖二氧化铀（UO2）燃料芯块裂变产生的热能，从而在当前一代反应堆中实现无碳发电。由于正常运行期间燃料芯块内形成的大温度梯度，UO2 燃料在运行期间会发生损伤与断裂。这些过程发生的潜在机制仍知之甚少。本工作是我们在量化热冲击诱发 UO2 燃料断裂行为的实验与计算综合努力的一部分。在本文中，我们描述了一项实验研究，旨在理解烧结粉末 UO2 芯块在热冲击条件下的燃料断裂行为，以及一个精确预测实验结果的多物理场相场断裂模型。参数研究与敏感性分析用于评估不确定性。实验数据来自多个实验，将 UO2 芯块暴露于高温条件（900–1200°C），随后在零下水（sub-zero water）中淬火。我们展示，实验环境中收集的断裂结果可被本工作的相场断裂模型一致地复现，证明了我们的模型在模拟轻水堆（LWRs）主要燃料源中的热冲击梯度及后续断裂力学方面的可靠能力。该模型增进了对热冲击与属性关联的基本理解，以促进 UO2 作为核反应堆燃料的利用。
引用
@article{arxiv.2112.06645,
title = {Experimentally Validated Multiphysics Modeling of Fracture Induced by Thermal Shocks in Sintered UO2 Pellets},
author = {Levi D. McClenny and Moiz I. Butt and M. Gomaa Abdoelatef and Michal J. Pate and Kay L. Yee and Harikrishnan Rajendran and Delia Perez-Nunez and Wen Jiang and Luis H. Ortega and Sean M. McDeavitt and Karim Ahmed},
journal= {arXiv preprint arXiv:2112.06645},
year = {2022}
}
备注
Submitted to Journal of Nuclear Materials, in review