MODELLING THE INFLUENCE OF NUCLEAR FUEL MICROSTRUCTURE ON FISSION PRODUCT RELEASE
G. Stankūnas^a, G. Kamuntavičius^a, L. Juodis^b, G. Trinkūnas^b, and V. Remeikis^b
aVytautas Magnus University, Faculty of Natural Sciences, Department of Physics, Vileikos 8, LT-44404 Kaunas, Lithuania
^bInstitute of Physics, Savanorių 231, LT-02300 Vilnius, Lithuania
E-mail: laurynas@ar.fi.lt

Received 24 February 2006

A model of the gaseous fission product release from the nuclear fuel pellet is proposed. The presence of fission product bubbles in the fuel matrix is simulated as periodical modulation of the diffusion coefficient by chain of Gaussian functions. The numerical solution of a diffusion equation shows enhanced fission product release at larger bubble concentrations. It is related to the facilitated diffusion of gaseous fission products in grain boundary bubbles of medium and higher burnup fuel (>30 MW d/kg U). The calculated profile of the fission product concentration distribution is similar to that obtained in the experimental studies. It is demonstrated that the influence of the developed fuel microstructure on the gaseous fission product release can be equivalently taken into account by modifying the Arrhenius behaviour of the diffusion coefficient.

BRANDUOLINIO KURO MIKROSTRUKTŪROS ĮTAKOS DALIJIMOSI PRODUKTŲ SMELKIMUISI MODELIS
. G. Stankūnas^a, G. Kamuntavičius^a, L. Juodis^b, G. Trinkūnas^b, V. Remeikis^b
aVytauto Didžiojo universitetas, Kaunas, Lietuva
^bFizikos institutas, Vilnius, Lietuva

Dujinių branduolinio kuro (BK) dalijimosi produktų (DP) išsiskyrimui iš BK tablečių UO₂ matricos žymią įtaką daro BK mikrostruktūros dariniai – granulės, DP ertmės granulėse ir tarp jų bei UO₂ matricos defektai. Pastebėta, kad vidutinio ir didelio išdegimo BK ertmės pagreitina DP smelkimąsi, veikdamos kaip poringi kuro dariniai, lengvinantys DP išsiskyrimą. Siūloma atsižvelgti į BK tablečių mikrostruktūros poringumą, moduliuojant DP difuzijos koeficientą periodine funkcija. Tokia radialioji difuzijos koeficiento priklausomybė siejama su BK dariniais – tarpgranulinėmis ertmėmis ir granulių kraštais, egzistuojančiais šviežiame ir panaudotame BK. Skaitmeninis DP BK tabletėje difuzijos lygties sprendimas parodė, kad DP iš BK matricos smelkiasi greičiau lyginant su atveju, kai į kuro mikrostruktūrą neatsižvelgiama. Tai siejama su greitesne DP difuzija BK tarpgranulinėse ertmėse, kai BK išdegimas yra vidutinis ir didelis (> 30 MW d/kg U). Rasta, kad DP koncentracijos radialusis pasiskirstymas BK tabletėje yra kokybiškai panašus į pateikiamus literatūroje. Modeliuojant dalijimosi produktų smelkimąsi į branduolinį kurą, išaiškinta, kad moduliuota difuzija atitinka įprasto difuzijos koeficiento temperatūrinės priklausomybės nukrypimą nuo aktyvacinio dėsnio.