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Leistikow, S.; Schanz, G.; Berg, H. v.
Kernforschungszentrum Karlsruhe G.m.b.H. (Germany, F.R.). Inst. fuer Material- und Festkoerperforschung; Kernforschungszentrum Karlsruhe G.m.b.H. (Germany, F.R.). Projekt Nukleare Sicherheit1978
Kernforschungszentrum Karlsruhe G.m.b.H. (Germany, F.R.). Inst. fuer Material- und Festkoerperforschung; Kernforschungszentrum Karlsruhe G.m.b.H. (Germany, F.R.). Projekt Nukleare Sicherheit1978
AbstractAbstract
[en] In view of the PWR Loss-of-Coolant-Accident (LOCA) the isothermal steam oxidation of Zircaloy 4 cladding material has been investigated within a temperature range of 700-13000C and an exposure time of <= 15 min. The following equations are able to describe with good approcimation the kinetics of oxygen uptake (tau), the growth of the oxide (phi), α-layer (α), and of the oxide plus α-phase double layer (xi) (t[sec], T[K]): tau = .724 √t exp (-10 481/T) [g/cm2], phi = .280 √t exp (-10 107/T) [cm], α = .713 √t exp (-10 961/T) [cm], xi = 1.29 √t exp (-11 043/T) [cm]. The exothermal heat of reaction and the hydrogen production can be calculated there of. A variety of factors of influence on oxidation kinetics, especially those concerning the state of the material and the oxidising medium, have been investigated also. However, the application of the results to an analysis of the LOCA requires in a second approximation the consideration of the influence of preoxidation, resulting from the reactor exposure, as well as the actual LOCA-temperature transient and simultaneous cladding strain on oxidation kinetics. On that subject investigations are still underway. (orig.)
[de]
Im Hinblick auf den Kuehlmittelverluststoerfall (KVS) des Druckwasserreaktors wurde die isotherme Dampf-Oxidation des Zircaloy 4-Huellmaterials im Temperaturbereich 700-13000C und fuer Oxidationszeiten bis 15 min untersucht. Die Kinetik der Sauerstoffaufnahme (tau) sowie das Wachstum der gebildeten Schichten Oxid (phi), α-Phase (α) bzw. der Doppelschicht (xi) aus Oxid und α-Phase laesst sich in guter Naeherung durch folgende Beziehung ausdruecken (t[sec], T[K]): tau = 7,24 x 10-1√t exp (-10 481/T) [g/cm2], phi = 2,80 x 10-1√t exp (-10 107/T) [cm], α = 7,13 x 10-1√t exp (-10 961/T) [cm], xi = 1,29 √t exp (-11 043/T) [cm]. Daraus koennen auch die freigesetzte Reaktionswaerme und der gebildete Wasserstoff errechnet werden. Darueber hinaus wurde eine Vielzahl von Einflussfaktoren, besonders des Werkstoffzustandes und des oxidierenden Mediums, mituntersucht. Die Anwendung der Ergebnisse zur Analyse des KVS erfordert jedoch in zweiter Naeherung auch die Beruecksichtigung der Vorkorrosion aus dem Reaktoreinsatz, sowie des Temperaturverlaufs und der ueberlagerten Huellrohrdehnung waehrend des Stoerfalls, die ebenfalls die Oxidationskinetik beeinflussen. Dazu sind Untersuchungen noch imgange. (orig.)Original Title
Kinetik und Morphologie der isothermen Dampf-Oxidation von Zircaloy 4 bei 700-13000C
Primary Subject
Secondary Subject
Source
Mar 1978; 44 p; 35 figs.; 8 tabs.; 41 refs.
Record Type
Report
Report Number
Country of publication
AIR, ARRHENIUS EQUATION, CHEMICAL ANALYSIS, CHEMICAL REACTION KINETICS, ELECTRON MICROPROBE ANALYSIS, FLOW RATE, HYDROGEN, IMPURITIES, ISOTHERMAL PROCESSES, LAYERS, LOSS OF COOLANT, METALLOGRAPHY, MICROHARDNESS, MICROSTRUCTURE, NITROGEN, OXIDATION, OXYGEN, PHASE DIAGRAMS, PHASE STUDIES, PWR TYPE REACTORS, QUANTITY RATIO, REACTOR SAFETY, SPATIAL DISTRIBUTION, STEAM, STRAINS, TEMPERATURE DEPENDENCE, THICKNESS, TIME DEPENDENCE, TRANSIENTS, VERY HIGH TEMPERATURE, ZIRCALOY 4, ZIRCON, ZIRCONIUM OXIDES
ACCIDENTS, ALLOYS, CHALCOGENIDES, CHEMICAL REACTIONS, CRYSTAL STRUCTURE, DIAGRAMS, DIMENSIONS, DISTRIBUTION, ELEMENTS, FLUIDS, GASES, HARDNESS, INFORMATION, KINETICS, MECHANICAL PROPERTIES, NONDESTRUCTIVE ANALYSIS, NONMETALS, OXIDES, OXYGEN COMPOUNDS, REACTION KINETICS, REACTOR ACCIDENTS, REACTORS, SAFETY, SILICATES, SILICON COMPOUNDS, TIN ALLOYS, TRANSITION ELEMENT ALLOYS, TRANSITION ELEMENT COMPOUNDS, WATER COOLED REACTORS, WATER MODERATED REACTORS, ZIRCALOY, ZIRCONIUM ALLOYS, ZIRCONIUM BASE ALLOYS, ZIRCONIUM COMPOUNDS, ZIRCONIUM SILICATES
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