A reaktortartályok sugárkárosodásának felügyeleti programjai a Paksi Atomerőműben Dr. Kresz Norbert Róbert Anyagvizsgálati Osztály Roncsolásos Anyagvizsgálati Laboratórium AGY6 – Anyagvizsgálat a Gyakorlatban Szakmai Szeminárium, Cegléd, 2012.06.7-8.

Tartalom Reaktor berendezés Károsodási folyamatok Reaktortartály Felügyeleti Program Új Hazai Ellenőrző Program (ÚHEP) Új Hazai Ellenőrző Program 2 (ÚHEP2)

I. REAKTOR BERENDEZÉS 1/2 2/3 3/5 ÜA. ZÓNA 5/6 6/8 8/9,10 TARTÁLY ADATOK Tömeg ~ 215 t Térfogat 112 m3 Méret 11800xØ4270 mm Anyag 15H2MFA Hengeres rész falvastagsága 140 mm + 9 mm plattírozás Üzemi nyomás 12,3 MPa (122,6 bar) Hőmérséklet ~ 269 - 299 °C Hőhordozó tömegáram ~ 42000 t/h Kampányonkénti n0 fluencia (max) ~ 5,2×1018 n/cm2 Kampányonkénti n0 fluencia (5/6) ~ 3,8×1018 n/cm2 1/2 2/3 3/5 ÜA. ZÓNA 5/6 6/8 8/9,10

II. KÁROSODÁSI FOLYAMATOK Igénybevétel hatására károsodás: Belső nyomás → mechanikai feszültség, alakváltozás Hűtőközeg → erózió, eróziós korrózió, korrózió Magas hőmérséklet → termikus öregedés Sugárzás → sugárkárosodás Ciklikusság → Fáradás (kis- és nagy ciklusú) Tartós üzem → tartósfolyás (kúszás) /~600°C alatt nem jellemző/ Fémek érintkezése → kopás, korrózió

Károsodási folyamatok következményei: Termikus öregedés → szívósság csökkenés → instabil repedés terjedés, törés Sugárkárosodás → szívós-rideg átmeneti hőmérséklet (Ductile-Brittle Transition Temperature, DBTT) növekedés, szívósság csökkenés → instabil repedés terjedés, törés Erózió, eróziós korrózió → anyagfogyás → falvastagság csökkenés, felszakadás Fáradás → fáradásos repedés keletkezése és terjedése → teherhordó keresztmetszet csökkenése, törés vagy felszakadás Korrózió → anyagfogyás, korróziós repedés keletkezése és terjedése → falvastagság csökkenés, felszakadás vagy törés Kopás → anyagfogyás → falvastagság csökkenés, felszakadás vagy törés

Károsodási folyamatok következtében változnak a mechanikai tulajdonságok: ÁTMENETI HŐMÉRSÉKLET Szívós állapotból rideg állapotba való átmenet hőmérséklete – átmeneti hőmérséklet. Meghatározása: különböző hőmérsékleten végrehajtott dinamikus ütvehajlító vizsgálattal (Charpy-vizsgálat). Hőmérséklet (°C) Ütőmunka (J)

Károsodás előrejelzése: TRENDGÖRBE

Trendgörbék meghatározására: FELÜGYELETI PROGRAMOK Szakítóvizsgálatból mérhető paraméterek változása a fluencia függvényében. Rm: szakítószilárdság Rp0,2: folyáshatár δe: egyenletes nyúlás δ: szakadási nyúlás Besugárzás hatására a szilárdsági jellemzők növekednek, alakváltozási képesség csökken. Trendgörbék meghatározására: FELÜGYELETI PROGRAMOK

III. Reaktortartály Felügyeleti Program (eredeti) Próbatestek: alapanyag (15H2MFA) varratanyag (Szv-10HMFT) hőhatásövezet Alap- és varratanyag összetétele: 1. tartály C Si Mn S P Cr Ni Mo V As Co Cu 15H2MFA (alapanyag) 0,16 0,29 0,54 0,017 0,014 2,7 0,07 0,68 0,28 0,0115 0,01 0,09 Szv-10HMFT (varrat) 0,04 0,64 1,25 0,013 1,34 0,06 0,5 0,21 -   0,08

Próbatestek: három típus ütvehajlító vizsgálatra: V-bemetszésű Charpy (10×10×55) törésmechanikai vizsgálatra: COD próbatest (10×10×55) szakító vizsgálatra: hengeres szakító próbatestek (Ø3×33) Charpy Szakító COD

Alapanyag próbatestek kimunkálása A reaktortartályok gyártásakor az adagból ugyanazzal a technológiával legyártásra került még egy öv, melyből a próbatestek kimunkálásra kerültek.

Varratanyag és hőhatásövezet próbatestek kimunkálása

Próbatestek tokozása Tokok tartalma: Charpy-V COD Szakító Al betétek „fillérek” n-monitorok gyémántpor

Aktivációs neutronmonitortartó tok. Tartalma: nagy tisztaságú fém fóliák (Co, Fe, Cu, Nb), és Ti elválasztó dugók Neutronbesugárzás hatására különböző magreakciók a neutron energiájának függvényében. A neutronmonitorok aktivitásának mérésével mód nyílik a neutronspektrum és fluencia meghatározására. Mon.anyag Magreakció T1/2 90%-os választartomány Nb 93Nb(n,γ)94Nb 20030 év 28 meV – 52,5 keV 93Nb(n,n’)93mNb 16,13 év 0,6 MeV – 5,5 MeV Cu 63Cu(n,α) 60Co 5,271 év 4,5 MeV – 12,5 MeV Fe 54Fe(n,p)54Mn 312,1 nap 2,3 MeV – 8,2 MeV Co 59Co(n,γ)60Co 132 eV (rezon. E) Ti 46Ti(n,p)46Sc 83,79 nap 3,9 MeV – 9 MeV

Füzérek 6 füzér (1Г, 2Г, …, 6Г) A füzérek 2 láncot tartalmaznak (1Г1, 1Г2,…). A 2Г, 3Г, 5Г és 6Г füzérek láncai 19-20 tokot tartalmaznak, csak a zóna magasságában. Az 1Г és 4Г füzérekben a fentieken túl termikus tokok is vannak, a zóna felett.

(csak 1Г és 4 Г) Termikus Lead factor: 12-18 „Aktív” Besugárzó csatornák azimutális helyzete Füzérek axiális elhelyezkedése („hattyúnyak”)

A tokok zónához viszonyított helyzete, a neutronfluxus eloszlásának sematikus képével. Ütőpróbatestek (CV): homogén térben Törésmechanikai próbatestek (COD): inhomogén térben Egyéb jelölések: BM (base material) – alapanyag HAZ (heat affected zone) – hőhatásövezet WM (weld material) - varratanyag

Füzérek kivétele BLOKK 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1Γ 1 2Γ 3Γ 5Γ/6Γ 4Γ 1999 2 3Γ/5Γ 6Γ 2008 3 reaktorban 4

Felügyeleti program eredményei Ütővizsgálat 1. blokk alapanyag

Ütővizsgálat 1. blokk varratanyag

Átmeneti hőmérséklet változása a fluencia függvényében (E>0,5MeV) (trendgörbék) 1. blokk alapanyag varratanyag

2. blokk Termikus öregedés vizsgálata (0, 4 és 24 éves próbatestek) Ütővizsgálati eredmények Varratanyag Alapanyag

2. blokk Termikus öregedés vizsgálata (0, 4 és 24 éves próbatestek) Szakító vizsgálat, alapanyag

2. blokk Termikus öregedés vizsgálata (0, 4 és 24 éves próbatestek) Szakító vizsgálat, varratanyag

A program hiányosságai: „elfordulás”. A neutronmonitorok nem a tok szimmetriatengelyében helyezkednek el. Ezért az általuk mért fluencia a tok elfordulási szögétől is függ, ami nem ismert. Így a fluencia meghatározása hibával terhelt. Gyémántpor hőmérsékletmérés Gyémántpor rácsállandója változik a besugárzás hatására, a hőmérséklet függvényében. Nem bizonyult megbíz-hatónak, ±40°C-os szórás. Fluxus effektus? (nagy lead factor)

IV. Új Hazai Ellenőrző Program (ÚHEP) Cél: az üzemviteli változások nyomon követése Az eredeti ellenőrző láncok eredményeinek ellenőrzése Anyagok: „CS”: Skoda gyártású, VASKUT-ból származó 15H2MFA alapanyag (nem a tartály adagjából) „Hg”: eredeti null-állapotú próbatest felek rekonstrukciójából „JRQ”: japán reaktortartályanyag (533B), NAÜ projekt keretében került besugárzásra Próbatestek: Charpy V Szakító

A program füzérei 1. blokk 5. kampány 1987-1988 2. blokk 1988-1989 12-16. 1994-1999 8. 1991-1992 17-20. 1999-2003 9-10. 1992-1994 21-28. 2003-2011 8-11. 1991-1995 9-11. 1992-1995 1995-2000 17-27. 2000-2012 3. blokk 7-10. kampány 1992-1996 4. blokk 7-11. kampány 1993-1998 11-15. kampány 1996-2001 12-15. 1998-2002 16-28. 2001-2013 16-27. 2002-2014

Változás az eredeti programhoz képest: neutronmonitor tartó kapszulák a tok szimmetriatengelyében, a próbatestek felett („elfordulás”-probléma miatt) hőmérséklet mérés nincs füzérekben 2-7 illetve 22-26 tokok helyén láncszemek (inhomogén fluxusban nincs próbatest)

A 2. blokk alapanyag trendgörbéje, és az ÚHEP eredményének összehasonlítása. Az eltérés okai: áttérés kis kiszökésű zónára az eredeti program próbatestjeinek bemetszése eltért a szabványban előírttól.

V. Új Hazai Ellenőrző Program 2 (ÚHEP2) Az üzemidő hosszabbítás ellenőrző programja Az ASTM E 185 szabvány szerint Változások a korábbiakhoz képest: A szabvány a „lead factor” értékére 1-3 közötti értéket ír elő lehetőség szerint. VVER-440 esetén ez nem megvalósítható, de megközelíthető. Olvadó hőmérsékletmonitorok alkalmazása Blokkonként 3 füzér (4, 8 és 16 éves besugárzásra) + 1 tartalék Lánconként „csak” 2-7 tok Próbatestek helyett „inzertek” Tokonként 2 db neutron monitor készlet Hosszbeállító láncszem

Anyagok: Alap- és varratanyag: eredeti program null-álapot illetve 1Г és 4Г láncok termikus próbatesteinek felhasználásával Plattírozás: Greifswald 8. blokk tartályanyagból kimunkálva

Tokok összeállítási rajza Egy tok tartalmaz: 6-12 inzertet (COD vagy Charpy-V) 4 szakító próbatestet (nem mindegyik) 2 db neutronmonitor készletet olvadó hőmérsékletmonitort (1, 2 tokok) Inzertek: 18×10×10 vagy 18×10×5 mm, besugárzás után rekonstruálni kell betétdarabok felhegesztésével 55×10×10-re (ill. 55×10×5-re).

I-es füzér II-es és III-as füzérek

Tervezett behelyezések és kivétek 1. blokk 2. blokk 29-32. kampány 2011-2015 28-31. kampány 2012-2016 29-36. 2011-2019 28-35. 2012-2020 29-44. 2011-2027 28-43. 2012-2028 3. blokk 4. blokk 2013-2017 2014-2018 29-36. kampány 2013-2021 2014-2022 2013-2029 2014-2030