Phân tích và đánh giá an toàn thanh nhiên liệu TVS 2006 của lò phản ứng AES 2006 trong quá trình vận hành khi có sự cố

Đặc trưng của thanh nhiên liệu PWR trong quá trình làm mát vùng hoạt lò phản ứng khi có sự cố LOCA ..... DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT AOOs Anticipated Operational Occurrences Các sự cố vận

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

ĐỖ NGỌC ĐIỆP

Phân tích và đánh giá an toàn thanh nhiên liệu TVS-2006 của

lò phản ứng AES-2006 trong quá trình vận hành khi có sự cố

Chuyên ngành: KỸ THUẬT HẠT NHÂN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS TRẦN KIM TUẤN

Hà Nội – 2018

có nguồn gốc rõ ràng Các kết quả nghiên cứu trong luận văn do tôi tự tìm hiểu, phân tích một cách trung thực, khách quan và phù hợp với thực tiễn của Việt Nam Các kết quả này chưa từng được công bố trong bất kỳ nghiên cứu nào khác

Tôi xin chịu mọi trách nhiệm về công trình nghiên cứu của riêng mình!

Hà Nội, ngày tháng năm 2018

Tác giả Luận văn

Đỗ Ngọc Điệp

nguyên tử đã tạo điều kiện cho tôi trong quá trình thực hiện Luận văn Xin cảm ơn nhóm thực hiện đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình vận hành đến tính chất của nhiên liệu và vỏ thanh nhiên liệu trong lò phản ứng VVER-1000” gồm TS Trần Đại Phúc và một số cá nhân khác đã giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện Luận văn Xin chân thành cảm ơn TS Trần Kim Tuấn đã tận tình hướng dẫn tôi hoàn thành tốt Luận văn này!

Tác giả Luận văn

Đỗ Ngọc Điệp

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU 2

DANH MỤC CÁC HÌNH 3

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT 6

MỞ ĐẦU 8

A Cơ sở thực hiện Luận văn 8

B Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu 8

C Cấu trúc của Luận văn 9

CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN 10

1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu về nhiên liệu hạt nhân 10

1.2 Tổng quan sự cố LOCA 11

1.3 Mô tả diễn biến của sự cố LOCA 13

1.4 Tình trạng nhiên liệu trong từng giai đoạn LOCA 22

1.5 Những tác động làm biến đổi nhiên liệu trong sự cố LOCA 23

CHƯƠNG 2 – TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU TVS-2006 VÀ CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN FRAPTRAN1.5 50

2.1 Giới thiệu lò phản ứng AES-2006 50

2.2 Đặc điểm thiết kế thanh nhiên liệu TVS-2006 của lò phản ứng AES-2006 53

2.3 Các tiêu chuẩn an toàn liên quan đến lò phản ứng VVER [6] 56

2.4 Chương trình FRAPTRAN1.5 63

CHƯƠNG 3 – TÍNH TOÁN VÀ PHÂN TÍCH AN TOÀN THANH NHIÊN LIỆU TVS-2006 87

3.1 Phương pháp và các điều kiện biên trong phân tích an toàn thanh nhiên liệu TVS-2006 87

3.2 Lựa chọn mô hình hóa 91

3.3 Tính toán và phân tích an toàn thanh nhiên liệu TVS-2006 trong điều kiện vận hành khi có sự cố 91

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 125

TÀI LIỆU THAM KHẢO 127

PHỤ LỤC INPUT CHƯƠNG TRÌNH FRAPTRAN1.5 129

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Các hiện tượng hóa lý liên quan đến nhiên liệu khi tăng nhiệt độ 47Bảng 2.1 Các thông số thiết kế của lò phản ứng AES-2006 51Bảng 2.2 Các thông số thiết kế thanh nhiên liệu TVS-2006 54Bảng 3.1 Phân bố công suất theo dọc trục của thanh nhiên liệu sử dụng trong việc đánh giá an toàn 88Bảng 3.2 Các biến cố diễn ra trong quá trình vận hành khi xảy ra sự cố 92Bảng 3.3 Các sự kiện diễn ra trong quá trình vận hành khi xảy ra sự cố 106Bảng 3.4 Một số kết quả thu được từ chương trình FRAPTRAN1.5 trong sự cố LOCA vỡ lớn 121Bảng 3.5 So sánh kết quả từ FRAPTRAN với PSAR 123

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Hiện tượng đi tắt của dòng nước làm mát vùng hoạt khẩn cấp 12

Hình 1.2 Các giai đoạn trong sự cố LB-LOCA 14

Hình 1.3 Xu hướng thay đổi nhiệt độ lớp vỏ thanh nhiên liệu tính được trong sự cố LB-LOCA ở lò phản ứng PWR 14

Hình 1.4 Sự đi tắt của nước được bơm từ hệ thống ECCS 16

Hình 1.5 Sơ đồ hệ thống lò phản ứng ở cuối giai đoạn lấp đầy trở lại và đầu giai đoạn làm ngập trở lại 17

Hình 1.6 Sự rơi của màng chất lỏng và nhúng lạnh bề mặt lớp vỏ thanh nhiên liệu 17

Hình 1.7 Áp suất vòng sơ cấp và thứ cấp tính được đối với vết vỡ 7,62 cm trong lò phản ứng PWR 20

Hình 1.8 Vùng hoạt bắt đầu không có nước bao bọc 21

Hình 1.9 Biến đổi nhiên liệu tương ứng với ba giai đoạn LB-LOCA 22

Hình 1.10 Tình trạng lớp vỏ dưới tác dụng oxi hóa 25

Hình 1.11 Quá trình oxi hóa trong điều kiện thường và trong điều kiện LOCA 26 Hình 1.12 Khối lượng hạt đối với lớp vỏ E110 trong hơi ở áp suất khí quyển 28

Hình 1.13 Quá trình oxi hóa hơi E110 trong khoảng nhiệt độ 800-1200°C 28

Hình 1.14 Quá trình oxi hóa ở nhiệt độ cao dưới một lớp oxit dạng nốt hình thành trong quá trình oxi hóa 33

Hình 1.15 Tác động của “tiền-hydro hóa” đến quá trình oxi hóa nhiệt độ cao Zircaloy-4 với tỷ lệ Sn thấp 36

Hình 1.16 Vi cấu trúc trong lớp vỏ Zircaloy sau quá trình oxi hóa gần 1200°C 39 Hình 1.17 Sự phân bố oxy trong oxit, lớp ổn định α và lớp β-trước trong lớp vỏ Zircaloy sau quá trình oxi hóa gần 1200°C 40

Hình 1.18 Đặc trưng của thanh nhiên liệu PWR trong quá trình làm mát vùng hoạt lò phản ứng khi có sự cố LOCA 42

Hình 1.19 Quá trình chuyển đổi từ dẻo – giòn phụ thuộc vào quá trình oxi hóa

và hàm lượng hydro 43

Hình 1.20 Tính bất đẳng hướng của vật liệu lớp vỏ thanh nhiên liệu 44

Hình 1.21 Hình lớp vỏ bị phồng vỡ 46

Hình 2.1 Bó thanh nhiên liệu sử dụng trong lò phản ứng AES-2006 50

Hình 2.2 Thanh nhiên liệu sử dụng trong lò phản ứng AES-2006 53

Hình 2.3 Giản đồ thuật toán của FRAPTRAN1.5 66

Hình 2.4 Giản đồ mô hình nhiệt độ nhiên liệu và lớp vỏ thanh nhiên liệu 67

Hình 2.5 Mối liên hệ giữa thông lượng nhiệt bề mặt và nhiệt độ bề mặt 70

Hình 2.6 Mô tả mô hình BALON2 78

Hình 2.7 Ứng lực Hoop tại vị trí nổ vỡ được xác định bằng mô hình BALON278 Hình 2.8 Phân bố áp suất bên trong thanh nhiên liệu với mô hình dòng khí 82

Hình 2.9 Ví dụ về một mô hình thanh nhiên liệu nốt hóa 85

Hình 2.10 Mô hình hóa TNLHN trong FRAPTRAN 86

Hình 3.1 Vị trí bó thanh nhiên liệu hạt nhân trong vùng hoạt ở chu kỳ thứ nhất 88 Hình 3.2 Vị trí bó thanh nhiên liệu hạt nhân trong vùng hoạt ở chu kỳ cân bằng 89 Hình 3.3 Năng lượng lưu giữ trong nhiên liệu ở trạng thái vận hành ngay trước khi xảy ra sự cố 89

Hình 3.4 Hàm lượng hydro chứa trong lớp vỏ thanh nhiên liệu ở trạng thái ngay trước khi xảy ra sự cố 90

Hình 3.5 Độ dày lớp oxit trên lớp vỏ thanh nhiên liệu trong điều kiện vận hành ngay trước khi xảy ra sự cố 90

Hình 3.6 Hệ số phát tán công suất trong vùng hoạt 93

Hình 3.7 Áp suất trong vùng hoạt và bình điều áp 94

Hình 3.8 Dòng làm mát trong lò phản ứng 94

Hình 3.9 Nhiệt độ chất làm mát trong vùng hoạt 95

Hình 3.10 Enthalpy nhiên liệu 95

Hình 3.11 Áp suất chất làm mát của hệ thống sơ cấp 96

Hình 3.12 Công suất thanh nhiên liệu trung bình 97

Hình 3.13 Nhiệt độ tâm nhiên liệu 98

Hình 3.14 Nhiệt độ trung bình trên lưới phân chia thanh nhiên liệu 99

Hình 3.15 Độ giãn dài theo trục của lớp vỏ thanh nhiên liệu 99

Hình 3.16(a) Nhiệt độ trung bình của lớp vỏ thanh nhiên liệu (FRAPTRAN) 100 Hình 3.16(b) Nhiệt độ trung bình lớp vỏ thanh nhiên liệu (PSAR) 100

Hình 3.17(b) Enthalpy nhiên liệu theo phương bán kính (FRAPTRAN) 101

Hình 3.18 Độ biến dạng tiếp tuyến trên lớp vỏ thanh nhiên liệu 102

Hình 3.19 Ứng suất tác động trên lớp vỏ thanh nhiên liệu 103

Hình 3.20 Độ dày lớp oxit 104

Hình 3.21 Mật độ chất làm mát trong vùng hoạt 105

Hình 3.22 Hệ số phát tán công suất trong vùng hoạt 108

Hình 3.23 Áp suất trong vùng hoạt và bình điều áp 108

Hình 3.24 Tốc độ dòng làm mát trong vùng hoạt 109

Hình 3.25 Nhiệt độ nước làm mát trong vùng hoạt 109

Hình 3.26 Áp suất chất làm mát của hệ thống sơ cấp 110

Hình 3.27 Công suất trung bình của thanh nhiên liệu 111

Hình 3.29 Nhiệt độ trung bình trên lưới phân chia thanh nhiên liệu 113

Hình 3.30 Nhiệt độ trung bình của vỏ thanh nhiên liệu 114

Hình 3.31 Độ biến dạng tiếp tuyến trên lớp vỏ thanh nhiên liệu 115

Hình 3.32 Độ biến dạng tiếp tuyến trên bề mặt nhiên liệu 116

Hình 3.33 Ứng suất tác động trên lớp vỏ thanh 116

Hình 3.34 Ứng suất tiếp tuyến trên lớp vỏ thanh 117

Hình 3.35 Áp suất khí bên trong khoảng cách nhiên liệu–lớp vỏ 118

Hình 3.36 Độ giãn dài của lớp vỏ thanh nhiên liệu 118

Hình 3.37 Độ gia tăng enthalpy nhiên liệu sau trạng thái ổn định 119

Hình 3.38 Độ dày lớp oxit 120

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

AOOs Anticipated Operational

Occurrences

Các sự cố vận hành đã được lường trước

AFWS Auxiliary Feed Water System Hệ thống cấp nước phụ trợ

BDBA Beyong Design Basis Accidents Sự cố ngoài cơ sở thiết kế

BOC Beginning Of the reactor Cycle Bắt đầu chu kỳ của lò phản ứng

DNB Departure from Nucleate Boiling Dời khỏi sôi bọt

DBA Design Basis Accidents Sự cố trong cơ sở thiết kế

ECR Equivalent Cladding Reactor

ECP2 Emergency Coolant Pump 2 Hệ thống làm mát khẩn cấp 2

FGR Fission Gas Release Phát tán khí phân hạch

HBS High Burn-up Structure Cấu trúc nhiên liệu độ cháy cao

LOCA Loss Of Coolant Accidents Sự cố mất nước làm tải nhiệt

LB-LOCA Large Break LOCA Sự cố mất nước làm tải nhiệt vỡ lớn

NSSS Nuclear Steam Supply System Hệ thống cung cấp hơi hạt nhân

PCI Pellet-Cladding Interaction Tương tác giữa viên nhiên liệu và

lớp vỏ thanh nhiên liệu hạt nhân

PCMI Pellet-Cladding Mechanical

Hồ sơ phân tích an toàn sơ bộ

RIA Reactivity Initiated Accidents Sự cố gây ra do thay đổi đột ngột độ

phản ứng RHRS Residual Heat Removal System Hệ thống tải nhiệt dư

SB-LOCA Small Break LOCA Sự cố mất nước làm tải nhiệt vỡ nhỏ SIT Safety Injection Tank Bể chứa nước bơm phun an toàn

MỞ ĐẦU

A Cơ sở thực hiện Luận văn

Sự phát triển của nền công nghiệp điện hạt nhân trên thế giới không thể tách rời việc bảo đảm an toàn cho các nhà máy đang vận hành cũng như các nhà máy đang được thiết kế và xây dựng Do đó, phân tích an toàn đóng vai trò quan trọng đối với các nhà vận hành, cơ quan quản lý, các nhà khoa học và các nhà nghiên cứu liên quan đến nhà máy điện hạt nhân Để phân tích chính xác các thông số và đánh giá theo các tiêu chí an toàn, phải hiểu rõ các hiện tượng có liên quan đến hoạt động của các thiết bị và các phương pháp tính toán, cơ sở lý thuyết về thiết kế an toàn, cũng như các kết quả thí nghiệm hoặc phản hồi kinh nghiệm thu được trong quá trình vận hành bình thường và khi có sự cố, tai nạn Không chỉ cần cơ sở lý thuyết vững chức và phương pháp tính toán đúng, phân tích an toàn hiện nay còn được hỗ trợ bởi nhiều chương trình tính toán đã được kiểm chứng và có độ chính xác cao Trong những năm gần đây, các cơ quan, viện nghiên cứu của Việt Nam đã các nghiên cứu về lò phản ứng hạt nhân như: đề tài nghiên cứu về Sự cố nghiêm trọng

và đặc biệt nghiêm trọng; đề tài nghiên cứu về tổng quan lò phản ứng nước nhẹ của

Mỹ và Nga (công nghệ lò AP-1000, VVER-1000, VVER-1200), nhưng vẫn có rất ít các nghiên cứu, phân tích an toàn về các đặc tính cơ nhiệt của thanh nhiên liệu hạt nhân trong điều kiện vận hành bình thường và khi có sự cố Hầu hết các chương trình tính toán được sử dụng hiện nay cho mục đích phân tích an toàn đa phần là về khía cạnh thủy nhiệt (chương trình RELAP5, RELAP/SCDAP, CATHARE, MELCOR,…) hay về khía cạnh vật lý (MCNP, MVP, SRAC,…) Các nghiên cứu

và chương trình tính toán về nhiên liệu hạt nhân còn rất hạn chế, đặc biệt là về nhiên liệu TVS-2006 của lò phản ứng VVER-1200 (AES-2006)

B Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu

Luận văn “Phân tích và đánh giá an toàn thanh nhiên liệu TVS-2006 của

lò phản ứng AES-2006 trong quá trình vận hành khi có sự cố” đặt ra mục tiêu

áp dụng chương trình FRAPTRAN1.5 để đánh giá an toàn thanh nhiên liệu

TVS-2006 của lò phản ứng VVER-1200 (AES-TVS-2006), loại lò tiên tiến nhất của Liên bang Nga hiện nay Dựa trên những thông tin từ Hồ sơ phân tích an toàn sợ bộ PSAR của công nghệ AES-2006, luận văn sẽ phân tích kết quả tính toán thu được từ chương trình FRAPTRAN1.5 để kiểm chứng và đánh giá khả năng đảm bảo an toàn của nhiên liệu TVS-2006 trong lò phản ứng VVER-1200 khi xảy ra sự cố, cụ thể là sự

cố mất nước làm tải nhiệt (LOCA)

Phạm vi tiến hành tính toán và phân tích an toàn là giả định trường hợp lò phản ứng VVER-1200 vận hành trong điều kiện xảy ra sự cố LOCA vỡ nhỏ và vỡ lớn Các đánh giá đưa ra dựa theo tiêu chí an toàn hiện hành của Liên bang Nga và theo các thông số cơ – nhiệt của nhiên liệu TVS-2006 (nhiệt độ nhiên liệu và lớp vỏ thanh nhiên liệu; lượng phát tán khí phân hạch; áp suất khí trong thanh nhiên liệu;

độ biến dạng và giãn dài nhiên liệu;…):

- Sự cố LOCA vỡ nhỏ trên đường ống dẫn nước vòng sơ cấp với đường kính vết vỡ là 25 mm;

- Sự cố LOCA vỡ lớn trên đường ống dẫn nước vòng sơ cấp với đường kính vết vỡ trên 100 mm

C Cấu trúc của Luận văn

Ngoài phần MỞ ĐẦU và KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ, Luận văn được trình bày gồm 04 Chương chính:

Chương 1: Tổng quan

Chương 2: Những tác động làm biến đổi nhiên liệu trong sự cố LOCA

Chương 3: Tổng quan về nhiên liệu TVS-2006 và chương trình tính toán FRAPTRAN1.5

Chương 4: Tính toán và phân tích an toàn thanh nhiên liệu TVS-2006

CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu về nhiên liệu hạt nhân

Công nghệ chế tạo nhiên liệu lò phản ứng hạt nhân đã có lịch sử phát triển trên

50 năm Trong suốt hơn 50 năm qua, công nghệ chế tạo nhiên liệu hạt nhân luôn luôn được cải tiến và phát triển Để nâng cao hiệu suất của nhiên liệu hạt nhân, các nhà thiết kế đã chú trọng cải tiến trên mọi phương diện đối với viên nhiên liệu, thanh nhiên liệu hạt nhân và cấu trúc của bó thanh nhiên liệu hạt nhân Ban đầu các

lò phản ứng hạt nhân như lò PWR với thiết kế nhiên liệu 14x14, 15x15, lò VVER với thiết kế KA-S và lò ABWR với thiết kế 6x6, nay đã được cải tiến thành thiết kế 17x17, TVS-2M và 10x10 Về độ giàu của nhiên liệu, trước kia người ta sử dụng nhiên liệu có độ làm giàu thấp, dưới 3,5% U235, nay độ giàu đã gia tăng lên đến 5-7% U235, UO2 + GD2O3 và MOX (UO2-PuO2)

Các loại nhiên liệu nói trên, từ cấu trúc lớp vỏ thanh nhiên liệu, màn lưới đệm, các ống dẫn thanh điều khiển đến các cấu trúc của đầu trên và dưới của BTNLHN đều được cải tiến liên tục Ngoài mục đích mang lại lợi ích về mặt tài chính, những cải tiến trên có mục đích làm tối ưu hóa hiệu suất của TNLHN và BTNLHN đối với những hiện tượng vật lý nơtron, hiện tượng thủy nhiệt và thủy động học trong tâm

lò phản ứng

Qua phản hồi kinh nghiệm thu được trong các loại lò phản ứng hạt nhân cùng với những cải tiến nhằm phù hợp với những tiêu chí kỹ thuật vận hành, tỷ lệ nứt nẻ của TNLHN từ 10-3 – 10-4 trong thập niên 70 đã giảm xuống còn 10-5 trong thập niên 80 Trong thập niên 90, do kết quả nghiên cứu các hiện tượng hóa học và thủy động học của nước làm mát, tỷ lệ nứt nẻ TNLHN đã giảm xuống còn 10-6 Lớp vỏ TNLHN bằng thép không gỉ sử dụng trong thập niên 60, nay đã được thay thế bằng những hợp kim zirconi cải tiến

Các nhà khoa học trên thế giới đã tiến hành nhiều nghiên cứu để đánh giá đặc tính của nhiên liệu trong quá trình năng lượng lưu trữ nhanh trong mô phỏng một tai nạn lò phản ứng Các phương pháp dử dụng để phát triển các tiêu chuẩn cấp phép

sửa đổi bởi ngành công nghiệp kết hợp các yếu tố của các kết quả thử nghiệm và các đánh giá phân tích để thiết lập một kiến thức cơ bản về trạng thái của nhiên liệu trong suốt quá trình xảy ra sự cố

Trong một số năm gần đây, Việt Nam đã có một số nghiên cứu về lò phản ứng hạt nhân như: Đề tài nghiên cứu về Sự cố nghiêm trọng và đặc biệt nghiêm trọng;

Đề tài nghiên cứu về tổng quan lò phản ứng VVER-1000; Đề tài nghiên cứu phân tích, đánh giá và so sánh hệ thống công nghệ nhà máy điện hạt nhân dùng lò VVER – 1000 giữa các loại AES – 91, AES – 92, AES 2006 nhưng chưa có nghiên cứu, tính toán và phân tích an toàn về các đặc tính cơ-nhiệt của thanh nhiên liệu hạt nhân trong điều kiện vận hành khi có sự cố LOCA, đặc biệt là thanh nhiên liệu TVS-2006 của công nghệ lò phản ứng AES-2006 Do đó, việc nghiên cứu, tính toán và phân tích an toàn thanh nhiên liệu hạt nhân trong điều kiện vận hành khi có sự cố là cần thiết, đóng góp vào cơ sở dữ liệu đối với việc nghiên cứu về nhiên liệu hạt nhân nói chung của Việt Nam

1.2 Tổng quan sự cố LOCA

1.2.1 Giới thiệu về sự cố LOCA

Sự cố mất nước tải nhiệt (LOCA) là sự cố rất được quan tâm trong lĩnh vực an toàn lò phản ứng trong nhiều năm qua Sự cố LOCA thường được khởi phát bởi sự kiện vỡ ống nước tải nhiệt của vòng sơ cấp Trong hầu hết các báo cáo phân tích an toàn, các sự cố LOCA được xếp vào loại các tai nạn giả định, có nghĩa là chúng được xem như không xảy ra trong suốt quá trình hoạt động của nhà máy Sự cố này nằm trong cơ sở thiết kế bảo thủ nhằm đảm bảo rằng thiết kế đưa ra là hoàn toàn đáp ứng được các yêu cầu an toàn

1.2.2 Các hiện tượng vật lý trong sự cố LOCA

Các nghiên cứu về sự cố LOCA đã đưa ra một số hiện tượng vật lý có thể làm ảnh hưởng đến khả năng tải nhiệt của các hệ thống làm mát trong LPUHN:

- Thứ nhất, hiện tượng đi tắt của dòng nước cấp cứu: Hiện tượng xảy ra khi nước làm mát được bơm khẩn cấp vào kênh lạnh của một trong các nhánh làm mát vòng sơ cấp (Hình 1.1) Thông thường nước làm mát chảy vào trong khoang lưu hồi

và lấp đầy thùng lò Tuy nhiên, một số thực nghiệm tiến hành tại phòng thí nghiệm quốc gia của Mỹ chỉ ra rằng, thay vì chảy xuống và lấp đầy khoang lưu hồi, nước lại chảy vòng quanh vách ngăn vùng hoạt và đi thẳng ra ngoài vết vỡ Hơi nước sinh ra trong thùng lò tràn vào bên trong khoang lưu hồi và thoát ra ngoài qua vết vỡ Như

mô tả của các đường mũi tên trong Hình 1.1, hơi nước bốc lên trong khoang lưu hồi ngăn cản dòng nước đi xuống Việc tính toán chính xác các điều kiện giới hạn đối với dòng thuận nghịch (CCFL - Countercurrent flow limitation) trong khoang lưu hồi là bài toán cơ học chất lỏng liên quan đến sự chuyển pha khi hơi nước nóng tiếp xúc với dòng nước lạnh Hiện tượng CCFL là hiện tượng dòng nước chảy xuống dưới tác dụng của trọng lực trong một đường ống hoặc khoang dẫn thẳng đứng bị cản trở bởi dòng hơi nước phía bên dưới đi lên [15]

Hình 1.1 Hiện tượng đi tắt của dòng nước làm mát vùng hoạt khẩn cấp [15]

- Thứ hai, hiện tượng sôi của dòng nước cấp cứu khi tiếp xúc với vách ngoài của khoang lưu hồi (vỏ thùng lò) và vách trong của khoang lưu hồi (vách

ngăn vùng hoạt), tạo ra hơi nước bổ sung làm cản trở nước cấp đi vào khoang dưới vùng hoạt Hiện tượng này gọi là hiệu ứng vách nóng

- Thứ ba, sự ngưng tụ do tiếp xúc trực tiếp của hơi nước trong kênh lạnh ở gần điểm bơm và trong khoang lưu hồi với nước cấp lạnh hơn Sự ngưng tụ của hơi nước trong khoang lưu hồi làm giảm lượng hơi nước, dẫn đến làm giảm dòng ECCS

đi tắt ra ngoài vết vỡ

Sự cố LOCA được phân loại theo kích thước vết vỡ, như sau:

- LOCA vỡ nhỏ có diện tích vết vỡ nhỏ hơn hoặc bằng 465 cm2 (0,5 ft2) ;

- LOCA vỡ lớn có kích thước từ 465 cm2 đến hai lần tiết diện ngang ống lớn nhất của hệ thống nước tải nhiệt

1.3 Mô tả diễn biến của sự cố LOCA

a) Sự cố LOCA vỡ lớn [14]

Trong tiêu chuẩn về thiết kế hệ thống cấp hơi nước hạt nhân NSSS, sự cố LOCA đứng thứ 4 với hậu quả nghiêm trọng và tần suất xuất hiện 10-4 - 10-6/lò phản ứng/năm Vết vỡ trong sự cố LB-LOCA có 2 loại:

LB Vỡ đôi ống: có diện tích bằng một đến hai lần tiết diện của đường ống lớn nhất của hệ thống tải nhiệt;

- Vỡ gập 2 đầu ống: có kích thước từ kích thước vỡ lớn nhất đối với sự cố SB-LOCA đến toàn bộ tiết diện của ống lớn nhất của hệ thống nước tải nhiệt lò phản ứng

Sự cố LB-LOCA gồm 3 giai đoạn (Hình 1.2):

Hình 1.2 Các giai đoạn trong sự cố LB-LOCA

- Giai đoạn giảm mực nước:

Hình 1.3 Xu hướng thay đổi nhiệt độ lớp vỏ thanh nhiên liệu tính được trong sự cố

LB-LOCA ở lò phản ứng PWR

Trong khoảng thời gian mili giây sau khi vỡ ống, áp suất của vòng sơ cấp bắt đầu giảm và mực nước trong vòng sơ cấp cũng bị giảm xuống do nước tải nhiệt bị thất thoát ra khỏi vòng sơ cấp Ban đầu dòng nước tải nhiệt chảy ra ngoài vết vỡ với tốc độ cao Lượng nước chảy ra ngoài vết vỡ từ phía lò lớn hơn so với từ phía bơm

do sự cản trở về mặt thuỷ học của bơm và các ống của bình sinh hơi

Trong khoảng chừng một giây, dòng trở nên bị ứ đọng, sự truyền nhiệt từ các thanh nhiên liệu bị giảm xuống và sự hóa hơi bắt đầu xuất hiện trên bề mặt lớp vỏ thanh nhiên liệu Do sự phân bố lại nhiệt được tích trữ trong các viên nhiên liệu làm cho nhiệt độ lớp vỏ thanh nhiên liệu tăng nhanh Trong khi đó, phản ứng dây chuyền về cơ bản đã dừng lại do nước trong vùng hoạt được thay thế bằng hơi nước đã làm cho lò phản ứng xuống dưới tới hạn Hình 1.3 chỉ ra xu hướng thay đổi nhiệt độ lớp vỏ thanh nhiên liệu tính toán được

Ở cuối giai đoạn giảm mực nước, vùng hoạt và một phần của khoang dưới vùng hoạt trở nên trống rỗng Thanh nhiên liệu đã quá nóng và chỉ được bao quanh bởi hơi nước Ở thời điểm này, các hệ thống cấp nước tải nhiệt vùng hoạt khẩn cấp phải được phát động để lấp đầy và làm ngập vùng hoạt trở lại Trên thực tế, sự bơm nước từ hệ thống ECCS đã được phát động ngay sau khi áp suất ở các điểm bơm giảm xuống dưới mức áp suất được thiết lập trước của chúng

- Giai đoạn lấp đầy trở lại:

Ban đầu hơi nước và nước từ khoang dưới vùng hoạt và khoang lưu hồi bị thoát

ra ngoài qua vết vỡ Nước lạnh hơn từ hệ thống ECCS trộn với hơi nước trong kênh lạnh tạo ra các dao động do hiện tượng ngưng tụ do sự tiếp xúc trực tiếp của hơi nước với dòng nước lạnh hơn này Khi ở trong khoang lưu hồi, nước được bơm từ hệ thống ECCS có thể chảy xuống do trọng lực hoặc bị thổi ra ngoài qua vết vỡ theo hướng

của dòng hơi nước do hiện tượng giới hạn dòng thuận nghịch (Hình 1.4)

Hình 1.4 Sự đi tắt của nước được bơm từ hệ thống ECCS Vùng hoạt bắt đầu nóng lên chậm do dòng hơi nước chảy qua vùng hoạt giảm theo sự giảm áp suất và nước trong phần phía trên của khoang trên vùng hoạt và/hoặc bình điều áp bị rút hết Với sự suy giảm tốc độ dòng hơi nước, rất ít nước được bơm từ hệ thống ECCS bị thổi tắt ra ngoài vết vỡ Hầu hết nước được bơm từ

hệ thống ECCS sẽ chảy vào lấp đầy khoang lưu hồi và khoang dưới vùng hoạt Giai đoạn lấp đầy trở lại sẽ kết thúc khi mực nước trong khoang phía dưới chạm tới đáy của bể lò

- Giai đoạn làm ngập vùng hoạt trở lại:

Ở thời điểm ban đầu của giai đoạn này, vùng hoạt được lấp đầy chỉ với hơi nước

và lớp vỏ thanh nhiên liệu có thể đạt tới nhiệt độ cao cỡ 1000 0C Khi nước tải nhiệt bắt đầu làm ngập vùng hoạt trở lại, hầu như mọi dòng 2 pha có thể nhận biết được

Hình 1.5 Sơ đồ hệ thống lò phản ứng ở cuối giai đoạn lấp đầy trở lại và

đầu giai đoạn làm ngập trở lại

Hình 1.6 Sự rơi của màng chất lỏng và nhúng lạnh bề mặt lớp vỏ thanh nhiên liệu

Vùng hoạt bắt đầu được lấp đầy sau khi khoang lưu hồi và khoang dưới vùng hoạt đã được lấp đầy (Hình 1.5) Do nhiệt độ cao của các thanh nhiên liệu, các cơ chế nhiệt trong vùng hoạt trong suốt giai đoạn này bao gồm toàn bộ phổ: Bắt đầu với chất lỏng đơn pha, sau đó đi qua vùng hoạt với sôi hạt nhân, sôi quá độ, sôi màng, dòng 2 pha nổi sóng, dòng các hạt nước nhỏ phân tán và dòng hơi nước đơn pha

Do các giọt nước va chạm với các đai của bó nhiên liệu, hiện tượng nhúng lạnh (tôi) ở phần đỉnh của các bó nhiên liệu và nhúng lạnh tại chỗ xuất hiện cùng với sự ngưng đọng ở phần đáy của các bó nhiên liệu (Hình 1.6)

Nước từ bể có thể lại đi vào các vùng có công suất thấp tại vùng hoạt do vận tốc hơi nước thấp hơn Kết quả là một mô hình dòng 3 chiều được thiết lập Trong vùng hoạt, dòng từ các vùng có công suất thấp đến cao tạo ra hiệu ứng ống khói Trong khoang phía trên vùng hoạt, dòng có hướng ngược lại Nước từ bể 2 pha trong khoang trên vùng hoạt có thể bị cuốn đi bởi hơi nước và được mang tới các kênh nóng Khi đi ngang qua khoang trên vùng hoạt nó có thể kết hợp lại trên các vách của khoang đó Khi sự nhúng lạnh ở phần đáy của các bó nhiên liệu tăng lên trong vùng hoạt, lượng lớn nước được đưa vào vùng hoạt Kết quả là mức hỗn hợp

2 pha có thể chạm đến kênh nóng Nước được mang đi bởi hơi nước qua các kênh nóng có thể tiếp xúc với các bình sinh hơi, nơi mà chúng có thể hóa hơi tạo ra một

sự tăng áp trong bình sinh hơi và khoang trên vùng hoạt Điều này làm giảm tốc độ làm ngập trở lại dẫn đến làm tăng hiệu ứng liên kết hơi nước

b) Sự cố LOCA vỡ nhỏ [14] [15]

Sự cố SB-LOCA là sự cố xảy ra khi có các vết nứt nhỏ ở vị trí nối vào lớp vỏ của các van giảm áp và van an toàn, các đường ống điều chỉnh nước vào ra, các đường ống dẫn nước tải nhiệt và các đường dẫn thiết bị khác Trong thực tế, sự cố

SB LOCA được phân tích theo kích thước và vị trí vỡ mà không phân tích theo nguyên nhân gây vỡ

Hậu quả của sự cố SB-LOCA bao gồm sự giảm áp của hệ thống nước tải nhiệt

do nước thất thoát qua vết vỡ, giảm khả năng tải nhiệt vùng hoạt, rò rỉ phóng xạ từ

vòng sơ cấp sang vòng thứ cấp Mức độ nghiêm trọng phụ thuộc vào thiết kế của nhà máy, khả năng của các công cụ làm giảm nhẹ hậu quả sự cố, diện tích vỡ, vị trí

vỡ và kịch bản diễn biến Sự khác biệt lớn nhất giữa sự cố SB-LOCA và sự cố LOCA là tốc độ thất thoát nước làm mát và sự thay đổi áp suất theo thời gian

LB-Sự cố SB-LOCA trong lò phản ứng PWR có thể diễn biến theo nhiều kịch bản khác nhau Các yếu tố như thiết kế lò phản ứng, kích thước vết vỡ, kích thước của đường nước đi tắt trong vùng hoạt và quan trọng nhất là các tương tác của người vận hành có thể làm kịch bản sự cố thay đổi nhiều Các bơm của vòng sơ cấp có thể ngừng hoạt động sớm trong quá trình chuyển tiếp hoặc tiếp tục hoạt động trong một thời gian dài Các yếu tố này có thể tạo ra sự khác nhau rất lớn về bản chất của dòng nước chảy ra ngoài vết vỡ, khả năng tải nhiệt sớm ra khỏi vùng hoạt và lượng nước trong hệ thống

Tùy theo kích thước vỡ, những sự kiện sau đây có thể xảy ra:

- Tốc độ dòng nước chảy qua vết vỡ thay đổi nhanh theo thời gian Tốc độ theo khối lượng của dòng chảy ra ngoài vết vỡ đạt tới giá trị cực đại trong một phần của giây nhưng sau đó giảm khi áp suất hệ thống giảm Dòng thay đổi từ dòng nước đơn pha tới hai pha bão hòa với lượng hơi nước tăng Dòng qua vết vỡ chủ yếu là dòng tới hạn (tốc độ dòng bằng với vận tốc sóng âm truyền trong nó)

- Áp suất vòng sơ cấp giảm nhanh cho đến khi phần nước nóng bắt đầu chuyển thành hơi nước (Hình 1.7) Lò phản ứng được dập tự động Tốc độ suy giảm áp suất thay đổi khi nước trong vùng hoạt bắt đầu hóa hơi và sôi Hiện tượng chiếm

ưu thế trong quá trình này là sự truyền nhiệt và truyền khối lượng giữa chất lỏng

và hơi, truyền nhiệt từ nhiên liệu và các cấu trúc kim loại đến nước làm mát, truyền nhiệt trong các bình sinh hơi và dẫn nhiệt chuyển tiếp trong các chất rắn

Hình 1.7 Áp suất vòng sơ cấp và thứ cấp tính được đối với vết vỡ 7,62 cm trong lò

phản ứng PWR [14]

- Mực nước trong bình điều áp giảm nhanh với sự hóa hơi và sôi trong vùng hoạt, một phần hơi nước bắt đầu xuất hiện ở khoang phía trên vùng hoạt và phần đỉnh thùng lò Mức 2 pha ở phía trên vùng hoạt và mực nước ở đỉnh thùng lò sẽ giảm xuống từ từ khi nước tiếp tục chảy ra ngoài vết vỡ và nước trong vùng hoạt tiếp tục sôi Hiện tượng chiếm ưu thế trong các quá trình đó là: Sôi trong vùng hoạt, dòng 2 pha chuyển tiếp trong các vòng sơ cấp và thứ cấp, sự ngưng tụ và các dòng thuận nghịch bên trong các ống của bình sinh hơi và kênh nóng

- Trao đổi nhiệt giữa bên sơ cấp và thứ cấp của bình sinh hơi thay đổi đáng kể Đầu tiên, áp suất bên thứ cấp tăng Ở cùng thời điểm đó, sự truyền nhiệt từ bên sơ cấp tới thứ cấp tăng khi dòng bên sơ cấp đi vào bình sinh hơi trở thành hỗn hợp 2 pha do sự hóa hơi và sôi trong vùng hoạt Sự ngưng tụ của hơi nước trong bình sinh hơi làm tăng truyền nhiệt tới bên thứ cấp và đóng góp vào sự tăng áp suất Áp suất tăng quá mức ở bên thứ cấp được ngăn chặn bằng việc xả hơi và sau một thời gian trễ, dòng nước cấp phụ được phát động để duy trì lượng nước bên thứ cấp

- Bơm nước làm mát vùng hoạt khẩn cấp áp suất cao và nước bổ sung đóng góp một phần nước vào vòng sơ cấp từ rất sớm trong pha giảm áp Tuy nhiên, lượng nước này có thể không bù được lượng nước bị mất qua vết vỡ Kết quả là thể tích hơi nước ở đỉnh thùng lò mở rộng và mức trộn lẫn trong khoang phía trên vùng hoạt giảm dần xuống tới đỉnh của các thanh nhiên liệu và vùng hoạt bắt đầu mất nước bao bọc Điều này được chỉ ra trong Hình 1.8

Hình 1.8 Vùng hoạt bắt đầu không có nước bao bọc

- Với bất kỳ lý do nào, nếu bình sinh hơi không được sử dụng để làm mát vòng

sơ cấp và kích thước vỡ không đủ lớn để làm giảm đáng kể áp suất của hệ thống thì

sự sôi có thể tiếp tục do nhiệt phân rã và bắt đầu một vòng tăng nhiệt độ thứ hai trong nhiên liệu Điều này được biết đến như là pha đốt nóng vùng hoạt và trong trường hợp xấu nhất có thể dẫn đến phản ứng kim loại-nước giữa lớp vỏ hợp kim zircony và nước làm mát ở nhiệt độ rất cao Sự sinh nhiệt quá mức trong phản ứng kim loại-nước có thể làm tăng nhiệt độ vùng hoạt và dẫn đến nóng chảy vùng hoạt

(tai nạn TMI) Tuy nhiên, ở bất kỳ thời điểm nào trong giai đoạn này, nếu cung cấp một lượng nước lớn cho vòng sơ cấp thì sẽ nhanh chóng làm phản ứng dừng lại

1.4 Tình trạng nhiên liệu trong từng giai đoạn LOCA

Trong phân tích an toàn nhiên liệu trong sự cố LOCA, thường ước tính nhiệt

độ đỉnh đạt giá trị khoảng từ 600 đến 1100 0C và lớp vỏ nhiên liệu tiếp xúc với hơi nước ở nhiệt độ cao trong vài phút cho đến khi hệ thống ECCS thực hiện xong quá trình làm nguội các bó nhiên liệu Biến đổi nhiên liệu tương ứng với ba giai đoạn LB-LOCA có thể mô tả trong Hình 1.9 như sau:

- Lớp vỏ phình to và nổ vỡ khi áp suất bên trong thanh nhiên liệu cao hơn so với áp suất hệ thống sơ cấp và độ bền của lớp vỏ nhiên liệu giảm khi nhiệt độ tăng

- Lớp vỏ bị oxi hóa mạnh bằng hơi nước và trở nên giòn khi bị oxi hóa nghiêm trọng

- Lớp vỏ bị giòn hóa có thể bị vỡ do sốc nhiệt khi làm mát nhanh trong giai đoạn làm ngập trở lại hoặc do các sự kiện hậu LOCA

Hình 1.9 Biến đổi nhiên liệu tương ứng với ba giai đoạn LB-LOCA

Đối với phân tích LOCA, thường được giả định rằng một số lượng nhất định các thanh nhiên liệu bị hư hại và phát tán các sản phẩm phân hạch, nhưng hệ thống

làm mát vùng hoạt khẩn cấp vẫn đảm bảo thanh nhiên liệu tránh được vỡ, do đó giữ được dạng hình học có khả năng làm nguội và hơn thế nữa đảm bảo khả năng làm mát vùng hoạt dài hạn.

1.5 Những tác động làm biến đổi nhiên liệu trong sự cố LOCA

1.5.1 Phản ứng giữa lớp vỏ thanh nhiên liệu và hơi nước [14]

Lớp vỏ thanh nhiên liệu của các loại lò PWR được làm tự hợp kim zirconi Trong quá trình vận hành lò phản ứng, lớp vỏ thanh nhiên liệu phản ứng với hơi nước Các sản phẩm của phản ứng có thể đơn giản hóa theo dạng sau:

Zr + 2H2O → 2H2 + ZrO2 (1-1) Tốc độ phản ứng và các sản phẩm sinh ra phụ thuộc vào nhiệt độ Ở nhiệt độ dưới pha α và ở nhiệt độ 812°C đối với pha α+β, quá trình oxi hóa sẽ hình thành một lớp màng zirconi và khuếch tán oxy vào lớp pha α

Ở nhiệt độ cao hơn, pha α-Zircaloy dạng tinh thể lục giác sẽ không ổn định và biến đổi thành pha β-Zircaloy dạng tinh thể dạng lập phương Do đó, Zircaloy bị oxi hóa ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ chuyển đổi trạng thái và tạo ra một lớp bên ngoài ZrO2, lớp Zircaloy đó có tỷ lệ oxy cao, ổn định dưới dạng pha α-Zircaloy bởi hàm lượng oxy cao Quy trình khuếch tán ở trạng thái rắn được diễn tả theo một quy luật dạng parabol Đại lượng W được biểu thị bởi số lượng phản ứng được sử dụng hoặc sản phẩm được hình thành như sau:

Tỷ số parabol của hằng số phản ứng, δ 2/2 hoặc Kp, phụ thuộc vào nhiệt độ theo biểu thức Arrhenius:

δ 2/ 2 hoặc Kp = Aexp-Q/RT trong đó, A: Hệ số theo hàm mũ, Q: Năng lượng kích hoạt (J/mol),

T: nhiệt độ, (K), R: Hằng số khí 8.314J/mol.K

Đơn vị cho các hằng số tỷ lệ parabol nếu phản ứng được kiểm soát bởi tổng lượng oxi hấp thụ là [g2O2/cm4.s], hoặc là g2H2/cm4.s nếu phản ứng được kiểm soát theo lượng hydro sinh ra Sự phát triển của các oxit và lớp α-Zircaloy ổn định cũng được tìm thấy và đưa ra theo một quy luật dạng parabol trên phạm vi rộng và hằng

số tỷ lệ parabol tương ứng được xác định đối với sự gia tăng của các lớp oxit

Tốc độ phản ứng khác cũng được quan sát thấy trong các phản ứng Zircaloy Ở nhiệt độ thấp hơn 950°C, sự hình thành của lớp ZrO2 phù hợp với quy luật tỷ lệ khối trong khi lớp α-Zr ổn định tiếp tục gia tăng theo một định luật tỷ lệ parabol Ngoài ra, ở nhiệt độ thấp hơn 1050°C và với thời gian dài hơn, các phản ứng oxi hóa-Zircaloy hơi thay đổi đến một tỷ lệ tuyến tính, sự phân tách quá trình oxi hóa cũng được quan sát thấy

hơi-Trong thời gian hoạt động bình thường, hợp kim zirconi oxi hóa chậm trong nước lò phản ứng và hình thành một lớp oxit mỏng trên bề mặt Bên trong lớp oxit, kim loại zirconi pha α ở dạng cấu trúc lục giác xếp chặt với sự phân tán mịn của các hạt trong pha thứ cấp Trong sự cố LOCA, kim loại nóng lên tới nhiệt độ trên 1000°C Khi nhiệt độ đạt khoảng 800°C α-zirconi bắt đầu chuyển thành pha β cấu trúc lập phương tâm thể Đồng thời, phản ứng oxi hóa bắt đầu tăng tốc và sự phát triển của màng oxit trở nên đáng kể Đồng thời, lượng oxy hòa tan trong kim loại làm ổn định pha α Vì vậy, một lớp của pha α với một hàm lượng oxy cao bắt đầu phát triển trên pha β dưới màng oxit Vấn đề là oxy cũng giòn hóa pha α và oxit của

nó rất dễ vỡ khi các thanh nhiên liệu nóng được làm mát trở lại ở nhiệt độ thấp Do

đó, phải có một giới hạn về lượng gia tăng oxit giòn và pha α được ổn định bằng oxy, lớp β có từ trước không được quá mỏng để đảm bảo tính toàn vẹn cấu trúc của nhiên liệu trong giai đoạn làm nguội nhanh của LOCA

Hình 1.10 Tình trạng lớp vỏ dưới tác dụng oxi hóa Khi các thanh nhiên liệu nóng lên và khi áp suất bên ngoài sụt giảm thì áp suất bên trong thanh đủ lớn để gây ra biến dạng dẻo lớp vỏ dẫn đến căng phồng và nổ vỡ lớp vỏ Các vị trí căng phồng có có thể gây bất lợi cho sự làm mát của các bó thanh nhiên liệu và sự nổ vỡ của thanh dẫn đến quá trình oxi hóa lớp vỏ từ bên trong Cũng có thể là zirconi phản ứng với hợp kim trên cơ sở Fe và Ni có trong các thành phần khác của vùng hoạt tạo thành hỗn hợp ơtecti có nhiệt độ nóng chảy thấp Một lượng đáng kể hydro được hấp thu vào lớp vỏ trong suốt quá trình oxi hóa nhiệt độ thấp trong hoạt động bình thường và trong quá trình oxi hóa ở nhiệt độ cao trong diễn biến LOCA Sự hấp thu hydro trong lớp vỏ làm trầm trọng đáng kể sự giòn hóa lớp vỏ, đặc biệt là sau giai đoạn dập nguội

Hình 1.11 Quá trình oxi hóa trong điều kiện thường và trong điều kiện LOCA

Ở nhiệt độ đủ cao, tốc độ oxi hóa lớp vỏ do hơi nước rất cao, không thể giải thoát nhiệt hoàn toàn bằng cách làm mát và gây tác động trở lại quá trình oxi hóa Nếu tác động trở lại hoặc quá trình oxi hóa tự xúc tác không bị kìm hãm, lớp vỏ kim loại và vùng hoạt lò phản ứng có thể bị nóng chảy Sự kiện như vậy đã xảy ra trong

vụ tai nạn Three Mile Island đối với lò PWR

Tại nhiệt độ cao (>1100 0C), lớp vỏ nhiên liệu phản ứng với hơi trong phản ứng tỏa nhiệt tạo ra hydro Phản ứng này tạo ra một nguồn nhiệt phụ góp phần tăng tốc quá trình oxi hóa:

Zr + 2H2O → ZrO2 + 2H2 + 596 kJ (1-4)

Phản ứng phát nhiệt lớn và tạo ra một lượng hydro lớn có tác dụng tự xúc tác

và là nguyên nhân gây nổ trong điều kiện sự cố

a Quá trình oxi hóa đẳng nhiệt của hợp kim zirconi E110

Hợp kim E110 (Zr-l% Nb) được sử dụng rộng rãi trong các lò phản ứng VVER

do Liên Xô thiết kế và xây dựng ở Nga hay tại các nước khác ở Đông Âu Để đo tỷ lệ phản ứng W (mg/dm2), các nhà nghiên cứu đã sử dụng đến độ tăng khối lượng mẫu thử nghiệm Độ dày của các lớp oxit hình thành khác nhau được đo qua kinh hiển vi Tuy nhiên, sử dụng độ tăng khối lượng của các mẫu là phương pháp chỉ thường sử dụng đối với việc xem xét trạng thái nứt vỡ của lớp oxit và độ không chính xác của kết quả đo độ dày của lớp oxit qua mặt cắt ngang của các mẫu thử nghiệm

Sự biến đổi trong quá trình oxi hóa ở phạm vi nhiệt độ từ 700°C trở lên và thời gian từ vài giây đến 10 giờ đã được xem xét đến Hình 1.12 tóm tắt các kết quả đối với nhiệt độ và thời gian khác nhau tức là:

- Một số kết quả có tỷ lệ theo dạng parabol cao hơn ở nhiệt độ cao hơn với các kết quả tại điểm nhiệt độ thấp hơn;

- Ở nhiệt độ thấp có quá trình chuyển đổi động học oxi hóa nhanh hơn

Tốc độ phản ứng đối với quá trình oxi hóa được sử dụng trong cơ sở thiết kế là:

Kp = 84640.e(-20.820/T) mg2/cm4.s, trong khoảng nhiệt độ 550 đến 1200°C

Những giá trị gần với phương trình Baker-Just được đưa ra hơi thấp hơn so với dữ liệu của Urbanics đối với hợp kim Zr-2.5Nb và gần như trùng khớp với dữ liệu của hợp kim Zircaloy

Hình 1.12 Khối lượng hạt đối với lớp vỏ E110 trong hơi ở áp suất khí quyển [14]

Hình 1.13 Quá trình oxi hóa hơi E110 trong khoảng nhiệt độ 800-1200°C (đường

màu đen được tính với phương trình Catchart-Pawel) [14]

Kết quả thực nghiệm cho thấy E110 bị oxi hóa chậm hơn so Zircaloy-4 trong điều kiện biến đổi ổn định Tuy nhiên, lớp oxit trên hợp kim E110 dễ bị nứt vỡ và

nở dài tuyến tính Vì vậy, kết luận đưa ra ở trên không phải luôn đúng khi cho E110 oxi hóa chậm hơn so với Zircaloy-4

Một yếu tố khác là từ quá trình oxi hóa trong quá trình gia nhiệt và làm mát hợp kim Kết quả được đưa ra trên Hình 1.13 là tất cả các thử nghiệm làm mát và

gia nhiệt nhanh Đối với quá trình làm mát và gia nhiệt chậm hơn, chúng ta cần tính toán thời gian tương đương với nhiệt độ theo công thức:

trong đó:

tox: Thời gian cho quá trình oxi hóa hoàn toàn;

Q: Năng lượng kích hoạt;

R: Hằng số khí;

T (t): Nhiệt độ quá trình oxi hóa theo hàm của thời gian;

Teq: Điểm giao nhiệt độ ổn định

b Quá trình oxi hóa phân tách của các hợp kim zirconi

Quá trình động học của phản ứng Zry-4/hơi nước trong khoảng nhiệt độ 800°C thay đổi từ dạng khối đến tuyến tính theo thời gian, dẫn đến suy giảm phản ứng với tỷ lệ nhất định do độ dày hữu hạn của lớp vỏ Hiện tượng gia tăng khối lượng sẽ dẫn đến sự gia tăng tốc độ quá trình oxi hóa cùng với nhiệt độ Vi cấu trúc của Zircaloy bị oxi hóa trong thời gian dài giữa nhiệt độ 600-800°C xuất hiện nhiều vết nứt ngang và thâm nhập vào các vết nứt xuyên tâm Hiện tượng nứt của lớp oxit

600-là nguyên nhân 600-làm gia tăng quá trình oxi hóa, tương tự như hiện tượng phân tách quá trình oxi hóa được đưa ra tại điểm nhiệt độ thấp hơn của nước và hóa hơi Trong khoảng nhiệt độ giữa 850-950°C, oxit bị nứt vỡ được quan sát cho thấy có hiện tượng giảm dần và biến chuyển sang trạng thái phân tách với việc gia tăng quá trình oxi hóa không xảy ra mặc dù có sự gia tăng trong tỷ lệ dạng parabol của quá trình oxi hóa Ở nhiệt độ 1000-1050°C, hiện tượng phân tách của quá trình oxi hóa tái xuất hiện

Quá trình oxi hóa phân tách được xác định là một vấn đề lớn đối với tính bền vững của lớp vỏ E110 trong tai nạn LOCA, hiện tượng hấp thụ lớn lượng khí hydro

và quá trình suy giảm độ bền trong quá trình hậu “tôi” Khí hydro có ảnh hưởng đến nhiệt độ chuyển đổi pha α/β và do đó gián tiếp ảnh hưởng đến các thuộc tính biến dạng ở nhiệt độ cao của vật liệu Nó cũng làm tăng đáng kể độ tan của oxy trong pha β ở một nhiệt độ nhất định Tác dụng quan trọng nhất của khí hydro là nó có thể dẫn đến sự suy giảm thuộc tính dẻo của lớp vỏ sau tai nạn

Thông thường các lớp oxit có chức năng như một rào cản đối với hiện tượng hấp thụ khí hydro từ quá trình phân hủy của các phân tử nước diễn ra bên ngoài của các lớp oxit Tuy nhiên, sau khi bắt đầu phân tách, các phân tử nước hoặc hơi nước

có thể thâm nhập qua các vết nứt trên lớp oxit và sau đó phản ứng với mặt ngoài của lớp oxit bảo vệ mỏng, nó không đóng vai trò rào cản cho việc khuếch tán khí oxy

mà chỉ là một lớp oxit nhỏ không bị nứt nẻ

Phân tách trong E110 đã được mô tả như một dạng của quá trình oxi hóa nốt,

vì nhiều nốt xuất hiện giống như những đốm oxit ban đầu màu trắng Ở một giai đoạn nhất định trong quá trình oxi hóa, các điểm oxit trắng dạng thấu kính nhỏ trong lớp oxit đen đồng đều Các nốt bị biến đổi cả về đường kính và độ sâu với tốc

độ cao hơn nhiều so với lớp oxit đồng đều Quá trình oxi hóa dưới dạng nốt trong quá trình vận hành bình thường được xem xét cả trong LPUHN, trong môi trường nước sôi và trong các thử nghiệm sử dụng lò có dạng “nồi hấp” ở nhiệt độ cao Như đối với quá trình chuyển đổi phân tách, chưa có lý thuyết nào được chấp nhận chung cho các cơ chế của quá trình oxi hóa dạng nốt Sự xuất hiện của một lớp vỏ

có quá trình oxi hóa nốt là tương tự như sự xuất hiện của lớp vỏ E110 bị oxi hóa trong điều kiện tai nạn LOCA

Ngoài ra, trong quá trình sản xuất hợp kim E110 hoặc hợp kim E635, flo bị hấp thụ, bởi quặng zirconi bị phân hủy do việc sử dụng kali fluozirconate và Hf được tinh chế bằng quá trình phân đoạn kết tinh Zr trong hợp kim E110 được giảm qua phương pháp phân tách điện của hợp chất có chứa F-kali fluozirconate trong

một bể nóng chảy, chỉ phần nhỏ của iodide Zr được sử dụng Đồng vị F bị hấp thụ không có sự hấp thụ của Ca, Mg hoặc Al là một trong những nguyên nhân tạo ra hiện tượng oxi hóa nốt

c Ảnh hưởng của chiếu xạ đối với quá trình oxi hóa hợp kim zirconi ở nhiệt

độ cao

Ảnh hưởng của bức xạ vào quá trình oxi hóa các hợp kim zirconi và Zircaloy trong nước và hơi nước ở nhiệt độ vận hành đã được nghiên cứu rộng rãi Một trong những nguyên nhân của sự gia tăng tốc độ ăn mòn trong nước được tìm ra là do thông lượng nơtron nhanh Trong hơi nước, ngay cả với sự gia tăng oxy, độ gia tăng

ăn mòn là rất thấp và có liên quan đến những tác động của bức xạ nơtron trên các thuộc tính chuyển giao giữa lớp oxit rắn và kim loại hơn dạng pha khí Những tác động nhỏ biến mất ở nhiệt độ 400 đến 450°C có thể do hiện tượng thu hồi nhiệt kích hoạt Môi trường hỗn hợp khí có thể làm giảm các dạng oxi hóa có sẵn tổng hợp vào cấu trúc của lớp oxit hoặc các gradient của nồng độ anion oxy trong lớp oxit Trong điều kiện đó có thể phát sinh hơi hoặc hiệu ứng được tạo ra do nồng độ hydro cao Đối với Zircaloy, không giới hạn quá trình oxi hóa trong hơi, sự hạn chế tỷ lệ thường được người ta tin là chuyển giao của những anion oxy trong lớp oxit loại

“n” bị thiếu trong lớp oxit bởi quá trình liên quan đến các khuyết tật dạng điểm

“Nhiễu loạn” khuyết tật của trường bức xạ sau LOCA là không đáng kể Do đó, việc xác định ảnh hưởng của bức xạ đến tốc độ oxy hoá của Zircaloy không dự đoán được trong tai nạn LOCA

d Quá trình oxi hóa ở nhiệt độ cao của các hợp kim zirconi “tiền-oxi hóa”

Lớp vỏ Zircaloy trong lò LWR bị oxi hóa chậm trong quá trình vận hành bình thường Tỷ lệ oxi hóa ban đầu trong lò phản ứng tuân theo dạng khối (từ 100 - 500 ngày) Khi các lớp oxit có độ dày khoảng một vài micron (2-5 µm), tỷ lệ oxi hóa tuân theo dạng tuyến tính Quá trình chuyển đổi này thường được kết hợp với lớp oxit bền Sau một thời gian, quá trình chuyển đổi thứ hai với tốc độ oxi hóa cao hơn

có thể xảy ra Sự ăn mòn do nước trên Zircaloy-4 trong môi trường có hydro với áp

suất cao của LPUHN không phải là yếu tố hạn chế thời gian sử dụng nhiên liệu hay yếu tố hạn chế khả năng vận hành của lò phản ứng Tuy nhiên, với mục tiêu đạt độ cháy cao hiện nay, độ dày oxit có thể lên đến 100µm

Quá trình oxi hóa trên Zircaloy có thể được gia tăng ở độ cháy cao do thời gian bị chiếu xạ dài hơn Lớp oxit dày hơn sẽ có các đặc tính truyền nhiệt kém đi và

do dó, sẽ làm tăng nhiệt độ tại mặt tiếp giáp giữa oxit/kim loại, làm tăng tốc độ oxi hóa Số liệu từ các nghiên cứu thực nghiệm cũng cho thấy sự ăn mòn trên Zircaloy gia tăng khi nước có pH cao (Lithia cao) Hiệu ứng này được cho là xảy ra từ trong

ra ngoài và tập trung của Lithia ở lớp oxit xốp

Các mẫu Zircaloy với lớp “tiền-oxi hóa” khi bị oxi hóa ở nhiệt độ 871°C trong thời gian 110 s và 500 s (với độ dày tương ứng của lớp oxit là 17 µm và 22 µm) được oxi hóa trong hơi đẳng nhiệt ở 980-1315°C Kết quả cho thấy oxi hóa ở nhiệt

độ cao tiếp tục tuân theo một quy luật tỷ lệ dạng parabol mặc dù khu vực bị oxi hóa ngày càng trở nên ít hơn so với dự kiến trên lớp vỏ mới và theo thời gian, quá trình oxi hóa đẳng nhiệt gia tăng Các kết quả của mẫu với lớp “tiền-oxi hóa” có độ dày 5

µm cơ bản có trạng thái tương tự Trong dạng parabol căn bậc hai, các mẫu “tiền oxi hóa” không theo đường thẳng trừ khi chúng hoàn toàn không bền vững Mặt khác, các đường thẳng có góc nhỏ hơn, có nghĩa là hệ số tốc độ phản ứng bị suy giảm và chỉ có thể có ảnh hưởng nhỏ về cơ chế giới hạn tốc độ được giả định Những ảnh hưởng có thể đến biến đổi này là do các giá trị ranh giới hoặc phân bố

và vị trí gia tăng nồng độ lỗ hổng của lớp ZrO

Về cơ bản các biến đổi được quan sát trong lớp vỏ “tiền oxi hóa” chưa bị chiếu xạ trước khi bị oxi hóa ở nhiệt độ cao là tương tự nhau Sự hiện diện của một lớp oxit dày làm chậm quá trình oxi hóa ở nhiệt độ cao Quan sát với phương pháp Metallographie trên lớp vỏ đã bị chiếu xạ cho thấy lớp oxit ban đầu không bị ảnh hưởng đối với các thử nghiệm ở nhiệt độ cao tại mặt ngoài của các lớp oxit hình thành ở nhiệt độ cao Không có dấu hiệu cho thấy các lớp oxit ban đầu bị hòa tan ở mức độ nào đó trong lớp pha α

Lớp oxit “tiền oxi hóa” hoạt động như một rào cản đối với quá trình oxi hóa ở nhiệt độ cao được thể hiện trong Hình 1.14 từ một nghiên cứu của Pettersson và Haag về tác động của lớp oxit “tiền oxi hóa” dạng nốt Một trong những lời giải thích được đưa ra cho hiện tượng này là trong quá trình oxi hóa với dạng nốt ở nhiệt

độ thấp, lớp oxit này không bảo vệ giống như hầu hết các oxit sau quá trình chuyển đổi Do đó, điều ngạc nhiên là các lớp oxit dạng nốt “tiền oxi hóa” dường như có một chức năng bảo vệ như các lớp oxit khác trong quá trình tai nạn LOCA Một phần của lời giải thích là các lớp oxit dạng nốt cũng như các lớp oxit khác sau quá trình chuyển đổi đạt được trạng thái cân bằng hóa học Do đó, vị trí hấp thụ oxy trong oxit sẽ không đáng kể, cho phép khuếch tán oxy dưới trạng thái rắn Do đó hơi nước được di chuyển ở nhiệt độ cao thông qua các lỗ hổng trong lớp oxit ở trạng thái cân bằng hóa học cho đến khi nó đạt đến lớp oxit không cân bằng mới Trong điều kiện bình thường của quá trình oxi hóa, sự di chuyển này là rất nhanh so với tốc độ ăn mòn hiện tại và các lớp oxit là hoàn toàn không có chức năng bảo vệ Tuy nhiên, theo sự phát triển nhanh chóng của lớp oxit trong quá trình diễn biến tai nạn LOCA, sự di chuyển của hơi nước thông qua các lớp oxit được tạo thành trước cũng có thể là giới hạn của tốc độ Giả thuyết này cũng có thể giải thích sự thay đổi của hằng số tốc độ gia tăng lớp oxit sau quá trình oxi hóa

Hình 1.14 Quá trình oxi hóa ở nhiệt độ cao dưới một lớp oxit dạng nốt hình thành

trong quá trình oxi hóa [14]

Tuy nhiên, các phép đo kim học của các lớp oxit có độ dày ổn định trong tai nạn LOCA, như oxi hóa của lớp vỏ nhiên liệu cho thấy tỷ lệ ECR thực tế ít hơn đáng kể, do đó chứng minh được tác dụng làm chậm mạnh của sự ăn mòn trước quá trình tai nạn Với phép đo kim - quang học, kính hiển vi điện tử quét cho phép đo được chiều dày lớp oxit ăn mòn “hình súp lơ” chính xác hơn trước sự cố, lớp oxit ở nhiệt độ cao dưới hình dạng cột và lớp oxit ổn định Có dấu hiệu cho thấy phần bên trong của lớp ăn mòn xốp trước sự cố (lớp oxit chủ yếu là mono) chuyển thành oxit dạng cột nhỏ (lớp oxit tứ giác) trong quá trình tiếp xúc nhiệt độ cao Độ dày kết hợp của hai loại lớp oxit là không khác nhau nhiều so với độ dày của lớp oxit ăn mòn trước sự cố, tức là 70 µm Hơn nữa, độ dày của lớp oxit ổn định pha α cũng là nhỏ hơn đáng kể so với dự đoán của các phương trình được phát triển bởi Cathcart-Pawel Trước sự cố, lớp oxit ăn mòn hình thành trong lò PWR, rất có thể là một lớp hydrua-hóa hơn là một lớp oxy hóa Điều này có thể là một yếu tố liên quan đến sự biến đổi ở nhiệt độ cao của phần bên trong của lớp oxit ăn mòn thành lớp oxit cột tứ giác như đã thấy trong nghiên cứu này Ở một giá trị tốc độ nào đó, có vẻ như là quá trình oxi hóa ở độ cháy cao của lớp vỏ Zircaloy-4 trong lò phản ứng PWR không thể dự đoán chính xác bởi phương trình Cathcart-Pawel (theo quan điểm về quá trình “hậu tôi” tạo ra tính giòn có liên quan đến hiện tượng tỏa nhiệt trong quá trình oxi hóa)

e Ảnh hưởng của khí hydro đến quá trình oxi hóa của các hợp kim zirconi

Tất cả các kết quả đo đạc công bố trước đây về quá trình oxi hóa của hợp kim Zircaloy đã được thực hiện trong điều kiện dòng chảy hơi nước với các phản ứng cho thấy không tồn tại giới hạn nào bởi hiện tượng khuếch tán khí Điều kiện đo đạc được đảm bảo bởi thực nghiệm nhằm xác định tốc độ dòng chảy tối thiểu cần thiết

để tạo ra các mặt tiếp giáp giữa pha oxit và khí với đủ các dạng oxi hóa

Trong một số trường hợp, đặc biệt là trong một số tai nạn vượt quá tai nạn giả định trong thiết kế (ví dụ như tai nạn nhiên liệu bị bể vỡ nghiêm trọng), ước tính lượng hơi nước cần có để oxi hóa lớp vỏ nhiên liệu sẽ được tạo ra từ hiện tượng sôi

của nước khi vùng hoạt dần dần bị phơi trần Dòng hơi đối lưu chảy lên trên các kênh nhiên liệu và quá trình oxi hóa của lớp vỏ nhiên liệu sinh ra khí hydro phát tán trên bề mặt nước sôi Trong điều kiện đó, việc tính toán mức độ gia tăng phản ứng trên mặt nước sôi, tính toán tỷ lệ phản ứng của lớp vỏ nhiên liệu theo dữ liệu động học như trên, có thể là không thực tế

Ngoài ra, tại vị trí phồng nở bị thủng và nổ vỡ trên lớp vỏ, việc hơi xâm nhập

sẽ làm oxi hóa bề mặt bên trong của lớp vỏ Khí hydro dư thừa còn lại trong điều kiện này sẽ dẫn đến tỷ lệ khí hydro/hơi cao hơn tại các vị trí ở mặt bên trong của lớp

vỏ Điều này sẽ có ảnh hưởng mạnh đến quá trình oxi hóa và trong một số trường hợp, mức độ tạo ra tính giòn cục bộ tại các khu vực đó

Tác động của khí hydro đến đặc điểm của quá trình oxi hóa Zircaloy đã được ghi nhận ở nhiệt độ ~ 750°C Thử nghiệm của JAERI trên quá trình oxi hóa của thanh nhiên liệu bị nổ trong hơi đã cho thấy các hiện tượng khác nhau xảy ra trên tất

cả các thanh nhiên liệu ở độ cháy cao Hấp thụ hơi nước, làm tăng nồng độ hydro, cũng như ảnh hưởng của độ cháy cao (gia tăng khuyết tật) đã được giải thích như là

sự đóng góp đến việc biến đổi phần hình thái trong quá trình oxi hóa của lớp oxit hình thành trên bề mặt bên trong và những tác động của quá trình oxi hóa (như các tính chất cơ học của Zircaloy bị oxi hóa)

Trong hỗn hợp hydro/hơi, tỷ lệ khối lượng giới hạn, cấu trúc lớp oxit và hình thái cũng tương tự như trong hơi tinh khiết trên lớp oxit mỏng ở nhiệt độ phòng và

có cấu trúc tinh thể mono Trên tỷ lệ khối lượng giới hạn, nồng độ hydro gia tăng sẽ tạo ra một lớp oxit xốp ZrO2 bao gồm cả dạng đa hình mono và tứ giác Ngoài ra, kết quả đo đạc phân bố oxy trong chuyển đổi pha β của mẫu bị oxi hóa với thời gian

1200 giây và ở nhiệt độ 1000°C cho thấy nồng độ oxy thấp hơn trong mẫu có sự oxi hóa trong khí hỗn hợp tỷ lệ H2/H2O lớn hơn tỷ lệ giới hạn Mẫu này chứa đến 3230 ppm khí hydro

Ở độ cháy cao, khi lớp oxit có thể đạt đến độ dày lên đến 100 µm, tỷ lệ khí hydro tồn tại đáng kể trong lớp vỏ Đối với một phần nhỏ 15%, hàm lượng hydro dự

kiến sẽ đạt khoảng 600 ppm ở lớp oxit với độ dày 100 µm Do sự khuếch tán ở nhiệt

độ cao của khí hydro, nhiều khí hydro được di chuyển đến gần bề mặt ngoài của lớp

vỏ Ở nhiệt độ thấp, kết quả thử nghiệm cho thấy rằng sự hiện diện của kim hiđrua

có tác dụng gia tăng tốc độ ăn mòn Tuy nhiên, ngay sau khi lớp vỏ đã được chuyển đổi thành pha β trong điều kiện tai nạn LOCA, thực tế tất cả trở thành kim hiđrua hòa tan trong kim loại

Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của “tiền-hydro hóa” ở nhiệt độ cao trong quá trình oxi hóa hơi-Sn Zircaloy với tỷ lệ Sn thấp có ảnh hưởng rất ít (Hình 1.15) Tuy nhiên, trong tất cả các trường hợp (ngoại trừ ở nhiệt độ cao nhất 1100°C), có sự hiện diện của hydro trong tác nhân đẩy nhanh quá trình oxi hóa

Hình 1.15 Tác động của “tiền-hydro hóa” đến quá trình oxi hóa nhiệt độ cao

Zircaloy-4 với tỷ lệ Sn thấp

f Quá trình oxi hóa ở nhiệt độ cao của các hợp kim zirconi trong hơi nước ở

áp suất cao

Phần lớn các kết quả đo đạc được thực hiện dựa trên quá trình oxi hóa của Zircaloy trong hơi nước dưới áp suất bình thường của môi trường Đối với quá trình oxi hóa dạng parabol, hiện tượng chính cần quan tâm là quá trình khuyếch tán và tỷ

lệ khuếch tán của các loại anion oxy Nguyên lý của quá trình oxi hóa dạng parabol dựa trên sự khuếch tán mà không có sự phụ thuộc vào áp suất Pawel và các cộng sự

đã thực hiện các đo đạc đối với quá trình oxi hóa hợp kim Zircaloy trong hơi nước dưới áp suất lên đến 10,34 MPa tại nhiệt độ 900°C và 1100°C trong thời gian tương ứng là 2500 giây và 500 giây Kết quả đo độ dày các lớp oxit và lớp vỏ vật liệu pha

α cho thấy ở nhiệt độ 1100°C không có ảnh hưởng của áp suất, nhưng ở nhiệt độ 900°C với sự gia tăng của áp suất trong hơi nước thì độ dày của lớp oxit có xu hướng tăng Tuy nhóm tác giả không đưa ra được một cơ chế cụ thể nào liên quan đến những kết quả thu được nhưng cho rằng sự hình thành của các vết nứt nhỏ ở bề ngoài của lớp oxit có thể làm gia tăng quá trình oxi hóa ở áp suất cao

Một giải thích khác được đưa ra về sự hình thành lớp oxit gia tăng trong quá trình oxi hóa ở 900°C dưới áp suất cao có thể là do sự gia tăng biến đổi của các lớp oxit có cấu trúc tứ giác Cấu trúc này ổn định hơn, trong đó sự di chuyển của nguyên tử oxy lớn hơn so với các lớp oxit cấu trúc đơn ở nhiệt độ thấp hơn Các nghiên cứu khác cũng chỉ ra rằng có sự suy giảm ảnh hưởng của áp suất hơi đối với động học của quá trình oxi hóa cùng với sự gia tăng nhiệt độ Kết quả quan sát ở nhiệt độ 900°C có sự suy giảm, còn ở 1000°C và 1100°C không quan sát thấy các ảnh hưởng

g Các thay đổi về kích thước và ứng suất trong hợp kim zirconi

Do khối lượng phân tử của lớp oxit ZrO2 là lớn hơn của zirconi (tức là tỷ lệ Pilling-Bedworth có giá trị 1,5 đến 1,6), ứng suất nén lớn có thể được tạo ra trong quá trình gia tăng của lớp oxit Các ứng lực và biến dạng tạo ra trong kim loại từ sự giãn nở bởi sự khuếch tán của khí oxy có thể tạo ra ứng lực kéo căng đáng kể trên

bề mặt kim loại Mặc dù cơ chế khác nhau có thể làm giảm những ứng lực căng gây

ra, ví dụ như lớp oxit dẻo, oxit nứt, và sự dẻo của kim loại, kết quả dẫn đến sự thay