Published August 1963
| Version v1
Book
The Effect of Irradiation Temperature and Fission Rate on the Radiation Stability of the Uranium-10 Wt. % Molybdenum Alloy
Creators
- 1. Atomic Power Development Associates, Inc., Detroit, MI (United States)
Description
The radiation stability of uranium-10 wt.% molybdenum alloy has been studied since 1955 by Atomic Power Development Associates, Inc. This radiation programme, carried out as a part of the research and design effort for the Enrico Fermi Atomic Power Plant, covered the evaluation of various radiation parameters such as fission rate, fuel temperature and burn-up. Of these parameters studied, fission rate was found to have the most pronounced effect on the dimensional stability of the fuel alloy, particularly in the temperature range of 480 to 570°C. For material irradiated at a fission rate greater than 8 x 1013 fissions/cmäs, diametral increases of about 3% were observed for burn-ups up to 7.5 x 1020 fissions/cm3 at temperatures less than 630°C. At fission rates less than 6 x 1013 fissions/cm3s and radiation temperatures of 480-570°C, the diameter changes become increasingly larger for decreasing fission rates. Post-irradiation examination has shown that the loss of dimensional stability can be directly related to the transformation kinetics of the fuel alloy while under irradiation. At high fission rates, the metastable gamma phase continues to exist and the diameter changes are small and relatively insensitive to burn-up. At progressively lower fission rates, the alloy transforms partially or completely to the equilibrium alpha plus delta (or gamma) phases, the degree of transformation depending on the absolute fission rate and the radiation temperature. Under these conditions, diameter increases for burn-ups of about 5 x 1020 fissions/cm3 range from 3 to 14% for fission rates of 5 x 1013 to 2 x 1013 fissions/cm3s respectively, and are highly dependent on bum-up. This paper presents data relating dimensional stability to burn-up, radiation temperature and fission rate for zirconium-clad uranium-10 wt.% molybdenum fuel pins. These specimens were fabricated according to the fuel specifications for the Enrico Fermi Reactor. (author)
Abstract (French)
Depuis 1955, la société Atomic Power Development Associates, Inc. poursuit des études sur la radiostabilité de l'alliage uranium-molybdène à 10% en poids de Mo. Ce programme, qui a été entrepris dans le cadre des recherches et des études ayant trait à la construction de la Centrale nucléaire Enrico Fermi, comporte une évaluation de divers paramètres, tels que le taux de fission, la température du combustible et le taux de combustion. Les auteurs ont constaté que, parmi les divers paramètres étudiés, c'est le taux de fission qui avait l'effet le plus prononcé sur la stabilité dimensionelle de l'alliage, notamment dans la gamme de températures comprise entre 480 et 570°C. Pour les matériaux irradiés à un taux de fission supérieur à 8 * 1013 fissions par cm3 * s, on a observé des augmentations diamétrales d'environ 3% pour des taux de combustion allant jusqu'à 7,5 * 1020 fissions/cm3, à des températures inférieures à 630°C. Pour des taux de fission inférieurs à 6 * 1013 fissions/cm3 • s et des températures d'irradiation comprises entre 480 et 570°C, les variations de diamètre augmentent progressivement lorsque les taux de fission diminuent. Un examen après irradiation montre que l'on peut établir une relation directe entre la perte de stabilité dimensionnelle et la cinétique de transformation de l'alliage sous irradiation. A des taux de fission élevés, la phase gamma méta- stable subsiste; les variations de diamètre sont faibles et dépendent relativement peu du taux de combustion. A mesure que les taux de fission diminuent, l'alliage se transforme, en tout ou en partie, en des phases d'équilibre alpha plus delta (ou gamma), le degré de transformation étant fonction du taux de fission absolu et de la température d'irradiation. Dans ces conditions, les augmentations de diamètre à des taux de combustion d'environ 5 * 1020 fissions/cm3 varient de 3 à 14% pour des taux de fission allant de 5 * 1013 à 2 * 1013 fissions/cm3 * s respectivement, et dépendent dans une grande mesure du taux de combustion. Les auteurs présentent des données permettant d'établir une relation entre la stabilité dimensionnelle, d'une part, et le taux de combustion, la température d'irradiation et le taux de fission, d'autre part, pour des aiguilles en alliage d'uranium-molybdène à 10% en poids de Mo, gainées de zirconium. Pour la fabrication des échantillons, on s'était conformé aux spécifications fixées pour le combustible destiné au réacteur Enrico Fermi. (author)Abstract (Spanish)
Desde el año 1955 la Atomic Power Development Associates, Inc., ha venido estudiando la radioestabilidad de la aleación de uranio con 10 por ciento en peso de molibdeno. Este programa de estudio, que forma parte de las actividades de estudios y proyectos de la Enrico Fermi Atomic Power Plant, comprendía la evaluación de parámetros tales como la velocidad especifica de fisión, la temperatura del combustible y el grado de combustión del mismo. Se comprobó que, de todos los parámetros estudiados, la velocidad específica de fisión es el que ejerce el efecto más pronunciado sobre la estabilidad dimensional de la mencionada aleación combustible, particularmente entre 480 y 570° C. En el material irradiado a velocidades específicas de fisión superiores a 8 * 1013 fisiones/cm3, se observaron incrementos diametrales de alrededor del 3 por ciento, en correspondencia con grados de combustión hasta de 7,5 * 1020 fisiones/cm3, a temperaturas inferiores a 630°C. Tratándose de velocidades específicas de fisión menores que 6 * 1013 fisiones/cm * s y temperaturas de irradiatión comprendidas entre 480 y 570°C, los cambios de diámetro se hacen cada vez mayores a medida que disminuyen las velocidades específicas de fisión. El examen ulterior a la irradiación ha demostrado que la pérdida de estabilidad dimensional puede vincularse directamente con la cinética de la transformación de la aleación combustible en el curso de su irradiación. A velocidades específicas de fisión elevadas, subsiste la fase gamma metaestable, y los cambios de diámetro son pequeños y relativamente independientes del grado de combustión. Al disminuir gradualmente las velocidades específicas de fisión, la estructura de la aleación se transforma parcial o totalmente, pasando a las fases de equilibrio alfa más delta (o gamma); el grado de la transformación depende de la velocidad específica de fisión absoluta y de la temperatura de irradiación. En estas condiciones, los aumentos de diámetro, en correspondencia con grados de combustión de alrededor de 5 * 1020 fisiones/cm3, oscilan entre 3 y 14 por ciento para velocidades específicas de fisión de 5 * 1013 y 2 * 1013 fisiones/cm3 * s respectivamente, y dependen en gran medida del grado de combustión. En esta memoria se presentan datos que permiten establecer una relación entre la estabilidad dimensional y el grado de combustión, la temperatura de irradiación y la velocidad específica de fisión, en el caso de agujas combustibles de uranio con 10 por ciento en peso de molibdeno, revestidas de zirconio. Estas muestras se elaboraron siguiendo las especificaciones referentes al combustible destinado al reactor Enrico Fermi. (author)Abstract (Russian)
Радиационная устойчивость сплава урана с молибденом (10 вес %) изучалась компанией ''Атомик пауэр девелопмент ассошиейтс, инк.'' с 1955 года. Это была часть исследовательской и конструкторской работы для атомной энергетической установки Энрико Феши. Она охватывала определение различных параметров радиации, таких, как скорость деления, температура топлива и выгорание. Было установлено, что изо всех этих излученных параметров скорость деления оказывает наиболее ярко выраженное влияние на размерную устойчивость топливного сплава, в особенности в диапазоне температур от 480° до 570°С. Было установлено, что для материала, облученного при скорости деления большей чем 8 * 1013 делений на см3/сек, происходит увеличение в диаметре приблизительно на 3% при выгораниях до 7,5 * 1020 делений на 1 cm3 при температурах меньших 630°С. При скоростях деления меньших 6 * 1013 делений на смэ/сек и температурах радиации от 480° до 570°С изменения в диаметре становятся в возраставшей степени больше для падающих скоростей деления. Изучение после облучения показало, что потеря размерной устойчивости мохет быть непосредственно связана с кинети- ксЙ трансформации топливного сплава во время его облучения. При высоких скоростях деления мета- сгабильная гамма-фаза не исчезает, а величина изменений диаметра мала и относительно нечувствительна к выгоранию. При уменьшапцихся скоростях деления происходит частичный или полный переход сплава в фазы равновесия альфа плюс дельта (или гамма), причем степень перехода зависит от абсолютной скорости деления и температуры радиации. При этих условиях увеличение диаметра при выгораниях около 5 * 1020 делений на 1 cm3 происходит в диапазоне от 3 до 14% для скоростей деления соответственно от 5 * 1013 до 2 * 1013 делений на cm3/сек и сильно зависит от выгорания. В этом документе приводятся данные зависимости размерной устойчивости от выгорания, температуры радиации и скорости деления для тонких тепловыделяющих элементов, имеющих форму стержней, изготовленных из сплава урана с 10 весовыми частями молибдена, с покрытием из циркония. Эти образцы были изготовлены в соответствии с топливными спецификациями реактора Энрико Ферми. (author)Additional details
Additional titles
- Original title (English)
- Influence de la température d'irradiation et du taux de fission sur la radiostabilite de l'alliage uranium-molybdène (10% en poids de Mo); ВОЗДЕЙСТВИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ПРИ ОБЛУЧЕНИИ И СКОРОСТИ ДЕЛЕНИЯ НА РАДИАЦИОННУЮ УСТОЙЧИВОСТЬ СПЛАВА УРАНА С МОЛИБДЕНОМ (10 вес %); Efecto de la temperatura de irradiación y dé la velocidad específica de fisión sobre la radioestabuidad de la aleación de uranio con 10 por ciento en peso de molibdeno
Publishing Information
- Publisher
- IAEA
- Imprint Place
- Vienna (International Atomic Energy Agency (IAEA))
- Imprint Title
- Radiation Damage in Reactor Materials. Part of the Proceedings of the Symposium on Radiation Damage in Solids and Reactor Materials
- Imprint Pagination
- 773 p.
- Series
- Proceedings Series
- Journal Page Range
- p. 133-162
- ISSN
- 0074-1884
Conference
- Title
- Symposium on Radiation Damage in Solids and Reactor Materials
- Dates
- 7-11 May 1962
- Place
- Venice (Italy)
INIS
- Country of Publication
- International Atomic Energy Agency (IAEA)
- Country of Input or Organization
- International Atomic Energy Agency (IAEA)
- INIS RN
- 46040590
- Subject category
- S11: NUCLEAR FUEL CYCLE AND FUEL MATERIALS; S21: SPECIFIC NUCLEAR REACTORS AND ASSOCIATED PLANTS;
- Resource subtype / Literary indicator
- Conference
- Descriptors DEI
- BURNUP; ENRICO FERMI-1 REACTOR; FISSION; FUEL PINS; MOLYBDENUM ALLOYS; POST-IRRADIATION EXAMINATION; RADIATION EFFECTS; REACTION KINETICS; TEMPERATURE DEPENDENCE; TEMPERATURE RANGE 0400-1000 K; URANIUM ALLOYS; ZIRCONIUM
- Descriptors DEC
- ACTINIDE ALLOYS; ALLOYS; BREEDER REACTORS; ELEMENTS; ENRICHED URANIUM REACTORS; EPITHERMAL REACTORS; FAST REACTORS; FBR TYPE REACTORS; FUEL ELEMENTS; KINETICS; LIQUID METAL COOLED REACTORS; LMFBR TYPE REACTORS; METALS; NUCLEAR REACTIONS; POWER REACTORS; REACTOR COMPONENTS; REACTORS; SODIUM COOLED REACTORS; TEMPERATURE RANGE; TRANSITION ELEMENT ALLOYS; TRANSITION ELEMENTS
Optional Information
- Notes
- 10 refs., 21 figs., 4 tabs.
- Secondary number(s)
- STI/PUB--056a