Studium fázových transformací Zr-slitin při vysokých teplotách metodami rtg difrakce

Ing. Jan ŘÍHA

Doctoral thesis

Study of Zr-alloys phase transformations at high temperatures by X-ray diffraction methods

Abstract:

Práce se zabývá studiem vysokoteplotních fázových transformací slitiny zirkonia na bázi Zr-Nb s použitím metod rentgenové difrakce "in situ". Díky fyzikálním, chemickým a mechanickým vlastnostem jsou tyto materiály využívány pro ochranné vrstvy palivových tyčí jaderného paliva. V současnosti je jednou z významných oblastí výzkumu studium chování zirkoniových slitin během havárie typu LOCA (Loss-of-Coolant Accident). Během této havárie dochází vlivem úniku chladiva k rychlému ohřevu zirkoniové slitiny a k její fázové transformaci. Experimentální program zahrnuje čtyři skupiny experimentálních vzorků, na nichž byla měřena rentgenová difrakce "in situ". Vzorky byly exponovány při různých průbězích vysokoteplotního ohřevu a ochlazování. Pro měření byla použita jednak slitina typu E110G na bázi zirkonia a niobu a pro porovnání výsledků také vzorky čistého zirkonia. Použité experimentální vybavení, tedy vakuovaná vysokoteplotní komora, která byla součástí automatického práškového difraktometru, umožnila sledování fázových transformací prakticky v reálném čase. Během měření byla posuzována řada faktorů ovlivňujících vysokoteplotní fázové transformace, jako například rychlosti ohřevů na vysoké teploty a obsah intersticiálních plynných prvků. Vzhledem k poměrně silnému odplyňování povrchu vzorků obou experimentálních materiálů během pobytu na vysoké teplotě bylo provedeno detailní měření tlaku v průběhu celé vysokoteplotní expozice.

Abstract:

The work deals with a high-temperature phase transformation study of zirconium alloy on the basis of Zr-Nb with the use of "in situ" X-ray diffraction methods. Due to physical, mechanical and chemical properties are these materials used as cladding materials for nuclear fuel rods. In the present an important part of the development of these alloys is focused on research of zirconium alloys behaviour during the LOCA accident (Loss-of-coolant accident). During this accident the zirconium alloy is rapidly heated due to coolant leakage. This causes subsequently also a phase transformation in the cladding material. The experimental program includes four groups of experimental samples with different courses of heating and cooling. During these high-temperature exposures the "in situ" X-ray diffraction was measured. For the experimental measurements the E110G alloy of zirconium and niobium was used. For the comparison the samples of pure zirconium were also used. The experimental equipment included an evacuated high-temperature chamber mounted in powder diffractometer. With the aid of this chamber the high-temperature phase transformation could be observed practically in real time. Many factors influencing the phase transformations were reviewed during the measurements. For example the heating rate or gaseous interstitial elements content in experimental materials. With regard to relatively strong deaeration of samples surfaces of both experimental materials at high-temperature the detailed pressure measurements were carried out during the whole high-temperature exposure.

Keywords

RTG difrakce "in situ", slitiny zirkonia, fázové transformace

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 23. 4. 2012

Accessible from:: 31. 12. 2999

Thesis defence

• Date of defence: 27. 6. 2012
• Supervisor: Doc. RNDr. Pavol Šutta, Ph.D.

University of West Bohemia

Faculty of Mechanical Engineering

Doctoral programme / field:
Mechanical Engineering / Materials Engineering and Engineering Metallurgy