压水堆完整和破损燃料棒燃料包壳化学相互作用层拉曼特征分析

摘要

为研究压水堆完整和破损燃料棒燃料包壳化学相互作用(FCCI)层物相结构组成及影响因素,通过拉曼光谱对燃耗为45 GW·d/tU和41 GW·d/tU的完整和破损燃料棒FCCI层进行了研究分析。结果表明:完整燃料棒形成了周向厚度为14~19μm的FCCI层,主要由两个不同相结构区域组成,分别为靠近包壳界面的单斜和四方相氧化锆混合区域及靠近燃料芯块的四方相区域,在包壳界面附近约7μm范围内,观察到明显的705 cm-1特征峰,该峰的形成源于界面压应力和辐照缺陷的共同作用;破损燃料棒形成了周向厚度为37~61μm的FCCI层,主要由两个不同形貌和相结构区域组成,即靠近包壳界面附近具有多孔、裂纹特征的单斜相氧化锆区域以及靠近燃料芯块的非晶结构区域。对FCCI层相结构的分布及转变影响因素进行了分析讨论,完整燃料棒FCCI层中四方相氧化锆的稳定与界面压应力、中子辐照缺陷和裂变产物作用有关,破损燃料棒FCCI层中单斜相氧化锆的存在则主要来源于应力的弛豫和氧的正常化学计量比。