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

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

Investigation into hydride reorientation in dummy fuel rod cladding (Zr-1%Nb) under internal pressure during testing simulating SNF handling and accidents with limiting cladding heating up to 410 °С

This paper presents the results of experimental investigations into hydride reorientation that (HRT) can occur in fuel rod claddings under conditions simulating normal and some accident SNF handling modes with limiting cladding heating up to 410 °C. Dummy fuel rods with Zr-1%Nb cladding with different hydrogen content under internal pressure (cold pressure under cladding of 3, 4, and 5 МPа) were subjected to testing with heating up to 410 °С, holding at this temperature during 8 h and subsequent cooling. It was found that at a hydrogen concentration of 400 ppm, intensive hydride reorientation in the dummy fuel rod claddings during thermal test begins at a tangential stress of ≈ 55...60 MPa at 410 °C. As the hydrogen concentration decreases, the intensity of test impact on hydride reorientation decreases significantly. SNF thermal cycling and holding in DSFSF significantly increases hydride reorientation. In the claddings with a 400 ppm hydrogen concentration subjected to 3 thermal cycles 180↔410 °C, almost complete hydride reorientation occurs. Mechanical testing of samples with different hydrogen content was conducted before and after the hydride reorientation test.Представлено результати експериментальних досліджень переорієнтації гідридів, яка може мати місце в оболонках твелів в умовах, що імітують штатні і деякі аварійні режими поводження з ВЯП і граничним нагріванням оболонок до 410 °С. Проведено випробування з нагріванням макетів твелів з оболонками зі сплаву Zr-1%Nb з різним вмістом водню під внутрішнім тиском (холодний тиск під оболонкою 3, 4 і 5 МПа) до температури 410 °С, витримкою при цій температурі 8 год і наступним охолодженням. Встановлено, що при вмісті водню 400 ppm інтенсивна переорієнтація гідридів в оболонках макетів твелів при термічних випробуваннях починається при тангенціальній напрузі ≈ 55...60 МПа при 410 °С. Зі зменшенням вмісту водню інтенсивність впливу випробувань на переорієнтацію гідридів значно знижується. Термоциклування та витримка ВЯП у ССВЯП призводять до значного посилення переорієнтації гідридів. В оболонках з концентрацією водню 400 ppm, при випробуваннях з трикратним термоциклуванням 180↔410 °С відбувається практично повна переорієнтація гідридів. Проведено механічні випробування зразків з різним вмістом водню до і після випробувань.Представлены результаты экспериментальных исследований переориентации гидридов, которая может происходить в оболочках твэлов в условиях, имитирующих штатные и некоторые аварийные режимы обращения с ОЯТ и предельным нагреванием оболочек до 410 °С. Проведены испытания с нагревом макетов твэлов с оболочками из сплава Zr-1%Nb и различным содержанием водорода под внутренним давлением (холодное давление под оболочкой 3, 4 и 5 МПа) до температуры 410 °С, выдержкой при этой температуре 8 ч и последующим охлаждением. Установлено, что при содержании водорода 400 ppm интенсивная переориентация гидридов в оболочках макетов твэлов при термических испытаниях начинается при тангенциальном напряжении ≈ 55...60 МПа и 410 °С. С уменьшением содержания водорода интенсивность воздействия испытаний на переориентацию гидридов значительно снижается. Термоциклирование и выдержка ОЯТ в СХОЯТ приводят к усилению переориентации гидридов. В оболочках с концентрацией водорода 400 ppm, при испытаниях с трехкратным термоциклированием 180↔410 °С происходит практически полная переориентация гидридов. Проведены механические испытания образцов с различным содержанием водорода до и после испытаний