俄科学家发现测试核燃料强度办法——“俄式巴西试验”

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俄新社记者从俄罗斯国立核研究大学“莫斯科工程物理学院”(NRNU MEPhI)获悉,该校科学家找到一种在燃料芯块试验中利用“巴西试验”和新的强度计算公式确定核燃料强度极限的有效方法。

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强度极限(抗拉强度)是采用二氧化铀粉末生产核燃料的基本质量指标,通常该指标通过试验比核燃料芯块大数十倍的样品来确定,因为核燃料芯块本身的直径和长度不超过6-8毫米。

标准方法无法确定这种小样品的强度极限,所以莫斯科工程物理学院提出一种特殊的解决方案——用“巴西试验”测试燃料芯块。

“巴西试验”系对侧放的短圆柱进行压缩的试验。这种方法早已可以成功地对直径大于50毫米、厚度在0.2-0.75毫米之间的岩石样品进行评估,但是,未考虑到燃料芯块样品的中心孔。

俄罗斯国立核研究大学“莫斯科工程物理学院”力学物理系副教授弗拉基米尔·戈利采夫称:“我们利用ANSYS软件中的有限元法对样品不同点的应力应变状态进行计算分析。圆柱端面及与对称和负荷平面相关横截面上的应力分布均取决于燃料芯块的中心孔。”

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据他所说,模型材料(铸铁和石墨)和核燃料样品实验证实了分析结果。实验时,科学家们使用了图像数字相关法和美国VIC装置,这种装置可以在样品受到负荷的过程中分析样品表面点的位移和变形。

弗拉基米尔·戈利采夫说:“研究可以让我们得出这样的结论,即有可能将“巴西试验”应用于小尺寸脆性材料样品,并提出自己的核燃料强度计算公式。”

这项研究的成果已在第16届“新材料:事故容错核燃料”国际学术会议中展示,该会议由莫斯科物理工程学院材料科学物理问题教研室材料离子束处理科研小组倡议举行。

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