Физико-химическое конструирование функциональных материалов для локализации расплава активной зоны ядерного реактора

• Автор: Альмяшев, Вячеслав Исхакович
• Шифр специальности: 02.00.04, 02.00.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 216 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Список использованных сокращений

Введение

1. Фазообразование в системе «компоненты расплава активной зоны

ядерного реактора и материалов устройства его локализации»

1.1. Анализ литературных данных

1.1.1. Система и-О

1.1.2. Система гг-О

1.1.3. Система Ре-0

1.1.4. Система J-Zr-0 (J-Zr, 1]02^т02)

1.1.5. Система и-Бе-О (и-Ре, Ш2(Ш2+х)-Ре0(Рез04, Ре203))
1.1.6. Система гг-Ре-О @г-¥е, 2г02-Ре0(РезС>4, Ре203))
1.1.7. Система и-гг-Ре-О (и02-2г02-Рс0(Рез04, Ре203))
1.1.8. Система и02-А1203
1.1.9. Система и02-8Ю2
1.1.10. Система гЮ2-А120з
1.1.11. Система гг02-5Ю2
1.1.12. Система А1203-Ре0(Ре304, Ре2Оз)
1.1.13. Система 8Ю2-Ре0(Ре304, Ре2Оз)
1.1.14. Система А1203-8Ю2
1.2. Методы экспериментального определения температур ликвидуса и солидуса систем на основе оксидов и металлов при высоких температурах
1.2.1. Индукционная плавка в холодном тигле и ВПА в печи ИПХТ
1.2.2. ВПА в микропечи Галахова
1.2.3. ВПА в высокотемпературном микроскопе
1.2.4. Метод изотермической выдержки и закалки
1.2.5. Термический анализ -
1.3. Методы определения элементного и фазового состава
в многофазных системах
1.3.1. Электронно-микроскопическое исследование и
рентгеноспектральный микроанализ (СЭМ/РСМА)
1.3.2. Волно-дисперсионный анализ на микрозондовом анализаторе (ВДА)
1.3.3. Комплексный анализ СЭМ/РСМА/плотность
1.3.4. Рентгеноспектральный флуоресцентный анализ (РСФА)
1.3.5. Химический анализ (ХА)
1.3.6. Карботермическое восстановление (КТВ)
1.3.7. Рентгенофазовый анализ (РФА)
1.3.8. Порядок приведения данных о фазовых равновесиях
в экспериментально исследованных системах
1.4. Экспериментальное построение диаграмм фазовых равновесий
1.4.1. Система 2Ю2-РеО
1.4.2. Система и02-РеО
1.4.3. Система 8і02-Ре3О4-Ре2Оз
1.4.4. Система и02-2г02-Ре0
1.4.5. Система иС>2-2г02-Ре203
1.4.6. Система и~и02
1.5. Термодинамическое моделирование фазовых равновесий
1.5.1. Система 2г02-Ре0
1.5.2. Система и02-РеО
1.5.3. Система и-ио2
1.5.4. Система и02-2Ю2-РеО-Ре203

1.5.5. Моделирование фазовых равновесий в системе и-2г-Ре-0 - основа прогнозирования возможных сценариев развития тяжелых аварий
2. Физико-химическое конструирование оксидного жертвенного материала
системы безопасности АЭС
2.1. Требования к жертвенным материалам и сравнительный анализ
потенциальных компонентов
2.2. Термодинамический анализ влияния состава жертвенного материала на
тепловой и массовый баланс в устройстве локализации расплава
2.2.1. Взаимодействие оксида железа с оксидированной составляющей расплава активной зоны
2.2.2. Взаимодействие оксида железа с металлизированной составляющей расплава активной зоны
2.2.3. Взаимодействие оксида алюминия с оксидированной составляющей расплава активной зоны
2.2.4. Взаимодействие оксида алюминия с металлизированной составляющей расплава активной зоны
2.2.5. Тепловые эффекты химических реакций взаимодействия жертвенного материала на основе оксидов железа и алюминия с металлизированной и оксидированной составляющими расплава активной зоны
2.2.6. Взаимодействие композиции металлического и оксидного жертвенных материалов на основе системы Ре-РегОзСРезО^АЬОз с расплавом активной зоны
2.2.7. Условия пространственной инверсии оксидированной и металлизированной составляющих расплава активной зоны при его взаимодействии с композицией жертвенных материалов на основе системы Ре-Ре20з(Рез04)-А120з
3. Получение и свойства оксидного жертвенного материала системы безопасности АЭС
3.1. Технология оксидного жертвенного материала
3.2. Строение оксидного жертвенного материала
3.3. Свойства оксидного жертвенного материала
3.4. Взаимодействие оксидного жертвенного материала
с расплавом активной зоны
3.4.1. Взаимодействие оксидного жертвенного материала
с металлизированной составляющей расплава активной зоны
3.4.2. Взаимодействие оксидного жертвенного материала
с оксидированной составляющей расплава активной зоны
3.4.3. Механизм взаимодействия оксидного жертвенного материала с расплавом активной зоны
3.5. Внедрение оксидного жертвенного материала Заключение (основные результаты и выводы)
Список литературы
Приложение 1. Тепловые эффекты реакций, протекающих в процессе
взаимодействия жертвенного материала с оксидированной и металлизированной составляющими расплава активной зоны Приложение 2. Расчет равновесного состава и тепловых эффектов для системы врастав активной зоны - композиция жертвенных материалов» Приложение 3. Отработка технологии оксидного жертвенного материала

Список использованных сокращений
АЭС - атомная электрическая станция
ВВЭР - водно-водяной энергетический реактор
ВДА - волно-дисперсионный анализ
ВПА - визуально-политермический анализ
ИПХТ - индукционная плавка в холодном тигле
ДСК - дифференциально-сканирующая калориметрия
ДТА - дифференциально-термический анализ
ЖМ - жертвенный материал
КТВ - карботермическое восстановление
РБМК - реактор большой мощности канальный
РСМА - рентгеноспектральный микроанализ
РСФА - рентгеноспектральный флуоресцентный анализ
РФА — рентгенофазовый анализ
СЭМ - сканирующая электронная микроскопия
ТВЭЛ - тепловыделяющий элемент
ТГ - термогравиметрия
УЛР - устройство локализации расплава
ЭГП - энергетический графитовый прямоточный реактор
ЯЭУ — ядерная энергетическая установка

поздней работе [149] отрицается отмеченная ранее в [148] взаимная растворимость РеА12С)4 и А1203 в твердом состоянии (рис. 1.20,в).
Можно констатировать, что версии фазовых диаграмм различны только в деталях, а топология диаграмм идентична, что свидетельствует о надежности полученных данных. Таким образом, система АЬОз-РеО не нуждается в ревизии.
Подробное исследование фазовых равновесий в системе А12Оз—Ре2Оз в зависимости от парциального давления кислорода было проведено в работах [150,151]. На рис. 1.21,а представлены пять диаграмм состояния, характеризующие влияние изменения парциального давления кислорода на равновесие в системе. Определены границы существования соединения БеЛЮз. На рис. 1.21,6 приведены результаты термодинамической оптимизации фазовой диаграммы при парциальном давлении кислорода равным 1.0-105 Па. Можно отметить достаточно хорошее согласование с результатами экспериментальной работы, однако моделирование субсолидусой области проведено менее детально, чем это можно было бы сделать, исходя из имеющейся экспериментальной информации.
Ге015, мол. % Ре()15, мол. %
а) б)
Рис. 1.21. Диаграммы состояния системы А120з—РеО*.
Данные работ: а) - парциальное давление кислорода:-------1.0105 Па, 0.2МО5 Па;
--- - 0.03-105 Па, < 0.03-105 Па, I - твердый раствор на основе Ре203 со структурой
гематита, II - твердый раствор на основе А1203 со структурой корунда, III - твердый раствор на основе РеА12С>4 со структурой шпинели, IV - фаза на основе РеАЮ3 (Ре203-А1203)
[150, 151]; 6)-парциальное давление кислорода 1.0-105 Па [152].
Таким образом, можно предположить, что данная система хорошо изучена и проведение дополнительных исследований не внесет существенных корректив в диаграммы состояния бинарных разрезов системы.