姜彦博 柳文波† 孙志鹏 喇永孝 恽迪

1) (西安交通大学核科学与技术学院,西安 710049)

2) (中国核动力研究设计院,核反应堆系统设计技术重点实验室,成都 610213)

本工作建立了外加应力作用下UO2中空洞演化的相场模型.首先,使用摄动迭代法求解了弹性平衡方程,对外加应力下单个空洞周围的应力分布进行了计算,结果表明空洞边缘有应力集中现象,模拟得到的应力分布和解析解一致.然后,利用相场方法模拟了不同外加应力下单个空洞的演化过程,结果表明随着外加应力的增大,空洞的生长速度加快.最后,研究了外加应力对多晶体系中晶粒长大和空洞演化的影响,结果表明,不同晶粒内的应力大小不同,应力越小的晶粒越容易长大,尺寸越大的空洞的边缘应力也越大.晶间空洞与弯曲晶界存在相互作用,一方面晶界附近的空洞会生长成透镜状,另一方面空洞对晶界也有钉扎作用,能减缓晶界的迁移.此外,外加应力会加速多晶系统中空洞的生长,并且本文计算得到了外加应力与空洞半径的关系,发现外加应力越大,空洞的生长越快.

1 引言

二氧化铀(UO2)燃料是一种非常重要的核燃料,有熔点高、热循环稳定性好、中子经济性好、与包层和冷却剂相容性好等很多优点[1].燃料在长时间的服役环境下,级联碰撞会产生大量的空位和间隙原子等点缺陷,点缺陷的迁移、聚集、长大会形成空洞等缺陷组织,从而进一步导致核燃料辐照肿胀,并严……