Localized deformation in spent nuclear fuel disposal canisters

Tutkimustuotos

Tutkijat

Organisaatiot

Kuvaus

Suomessa ja Ruotsissa käytetty ydinpolttoaine tullaan loppusijoitettamaan kuparikapseleissa maanalaiseen loppusijoitusluolaan. Mekaanisen kestävyyden näkökulmasta loppusijoitukseen liittyy vielä joitakin epävarmuustekijöitä esimerkiksi muodonmuutoksen paikallistumisen ja ympäristön vaikutusten (korroosio, vedyn vaikutus, jne.) suhteen, erityisesti johtuen loppusijoituksen pitkästä kestosta. Kapselit suljetaan kitkatappihitsaamalla (FSW), jolloin saadaan aikaan luja hitsi suhteessa perusaineeseen, mutta tämä voi toisaalta johtaa muodonmuutoksen paikallistumiseen, jos hitsi on huomattavasti lujempi kuin perusaine. Tämän takia venymän paikallistumista kapselihitseissä tutkittiin optisella venymämittauksella digitaalisen kuvakorrelaation (DIC) avulla. Kapselien hitsausmenetelmää on kehitetty hitsin valmistajan toimesta ottamalla käyttöön suojakaasu hitsauksenaikaisen hapettumisen vähentämiseksi. Tämä vähentää merkittävästi hitsiin sekoittuvien oksidipartikkelien määrää verrattuna vanhaan ilmassa hitsattuun hitsiin, jolloin myös hitsin mikrorakenne muodostuu tasalaatuisemmaksi. DIC-kokeet kuitenkin osoittavat, että verrattuna vanhaan hitsiin venymä paikallistuu uudessa hitsissä voimakkaammin kannenpuoliselle hitsin rajalle. Mikrorakennetutkimusten mukaan tämä johtuu kansien erilaisesta lähtötilasta, joka on aiheutunut todennäköisesti erilaisista takomisolosuhteista, ja lujemmasta hitsiaineesta, jolloin lujuusero hitsin ja perusaineen välillä muodostuu suuremmaksi kuin vanhassa hitsissä. Tämän ilmiön vähentämiseksi olisi varmistettava, että kuparikapselien valmistusmenetelmä takaa mahdollisimman tasalaatuiset mekaaniset ominaisuudet sen eri osissa. Venymän paikallistumisen lisäksi tutkittiin vedyn vaikutusta kuparihitsien ja sisäosan valuraudan mekaanisiin ominaisuuksiin. Hitsin oksidipartikkelit toimivat vedyn "absorptionloukkuina", mutta sillä ei ollut näissä kokeissa vaikutusta kuparin makroskooppiseen sitkeyteen. Kapselin sisäosan valurauta sen sijaan on hyvinkin altista vetyhauraudelle. Venymien paikallistumisen havaitseminen DIC-kokeessa riippuu mittauksen erotuskyvystä ja häiriön määrästä, joiden suhteen vallitsee riippuvuus toisistaan. Kumpaakin voidaan parantaa näytteen kuvioinnilla ja paremmilla mittausolosuhteilla. Tämän takia kuparille kehitettiin kuviointimenetelmä, joka mahdollistaa sekä suurten venymien mittaamisen että pienten venymien havaitsemisen. Tämän lisäksi kehitettiin menetelmä DIC-kokeen erotuskyvyn ja häiriön määrän arvioimiseen. Menetelmä mahdollistaa erotuskyvyn ja mittatarkkuuden arvioimisen mittadatasta itsestään, eikä vaadi keinotekoisten siirtymien tietämistä etukäteen. Sen takia menetelmää voidaan käyttää tietämättä etukäteen yhtään mitään vallinneista mittaolosuhteista tai siirtymien määrästä.

Yksityiskohdat

AlkuperäiskieliEnglanti
PätevyysTohtorintutkinto
Myöntävä instituutio
Valvoja/neuvonantaja
Kustantaja
  • Aalto University
Painoksen ISBN978-952-60-8699-6
Sähköinen ISBN978-952-60-8700-9
TilaJulkaistu - 2019
OKM-julkaisutyyppiG5 Tohtorinväitöskirja (artikkeli)

    Tutkimusalat

  • digitaalinen kuvakorrelaatio, DIC, erotuskyky, kuviointi, venymän paikallistuminen, ydinjätteen loppusijoitus, kuparikapseli, valurautasisäke, vetyhauraus

ID: 37538928