Review of experimental data for modelling LWR fuel cladding behaviour under loss of coolant accident conditions

• En mängd olika experiment har utförts tidigare för att kvantifiera och förstå bränslestavars beteende under LOCA (olycka orsakad av kylmedelsförlust) förhållanden i lättvattenreaktorer (LWR). Det experimentellt framtagna underlaget utgör basen för nuvarande acceptanskriterier för härdnödkylsystemet under LOCA förhållanden i LWR. Resultat från experiment under senare tid indikerar att kapslingsrörets legeringssammansättning och förändringar till följd av hög utbränning (högutbränningseffekter) påverkar marginalerna till acceptanskriterierna för LOCA. I denna rapport granskas några äldre viktiga och nyare experimentella resultat. Först diskuteras bakgrunden till acceptanskriterierna för LOCA, nämligen, fenomen som orsakar kapslingsförsprödning, kriterier för kapslingsförsprödning (begränsningar på maximal kapslingsoxidering och maximal kapslingstemperatur) och den experimentella basen för kriterierna. Två typer av omfattande tester har utförts under LOCA förhållanden: (i) Separateffekt tester för undersökning av kapslingsoxidation, kapslingsdeformation och brott, samt zirkoniumlegeringars allotropiska fasövergång under LOCA. (ii) Integrala LOCA tester, i vilka hela LOCA förloppet simuleras (i laboratorium eller i testreaktor) med en enskild stav eller arrangemang med flera stavar i ett bränsleknippe, för att studera det övergripande bränslestavbeteendet under LOCA. Separateffekt tester och resultat diskuteras, samt empiriska korrelationer härledda från dessa tester och kvantitativa modeller visas. Speciellt diskuteras inverkan av niob i zirkonium-bas kapsling och kapslingens väteinnehåll på dess allotropiska fasomvandling under LOCA samt även kapslingens brottspänning. Vidare granskas resultat från några nyare integrala LOCA tester med betoning på termiska chocktester. Avslutningsvis ges förslag på modellering och utvärdering av vissa experimentella resultat.

• Extensive range of experiments has been conducted in the past to quantitatively identify and understand the behaviour of fuel rod under loss-of-coolant accident (LOCA) conditions in light water reactors (LWRs). The obtained experimental data provide the basis for the current emergency core cooling system acceptance criteria under LOCA conditions for LWRs. The results of recent experiments indicate that the cladding alloy composition and high burnup effects influence LOCA acceptance criteria margins. In this report, we review some past important and recent experimental results. We first discuss the background to acceptance criteria for LOCA, namely, clad embrittlement phenomenology, clad embrittlement criteria (limitations on maximum clad oxidation and peak clad temperature) and the experimental bases for the criteria. Two broad kinds of test have been carried out under LOCA conditions: (i) Separate effect tests to study clad oxidation, clad deformation and rupture, and zirconium alloy allotropic phase transition during LOCA. (ii) Integral LOCA tests, in which the entire LOCA sequence is simulated on a single rod or a multi-rod array in a fuel bundle, in laboratory or in a test reactor, to study the overall behaviour of fuel rod under LOCA. The separate effect tests and results are discussed and empirical correlations deduced from these tests and quantitative models are conferred. In particular, the impact of niobium in zirconium base clad and hydrogen content of the clad on allotropic phase transformation during LOCA and also the burst stress are discussed. We review some recent LOCA integral test results with emphasis on thermal shock tests. Finally, suggestions for modelling and further evaluation of certain experimental results are made.

Nyckelord

LOCA

Reactor fuel cladding

Publikations- och innehållstyp

vet (ämneskategori)

rap (ämneskategori)