Экспериментальное и расчетное обоснование применения свинцового теплоносителя в системе охлаждения бланкета токомака

• Автор: Захватов, Владимир Николаевич
• Шифр специальности: 05.04.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 225 с. : ил

Содержание
Введение
1 Применение свинца в’ системе преобразования энергии бланкета термоядерного реактора типа токамак (аналитический обзор)
1.1 Анализ возможности применения водяного,
газового теплоносителя
1.2 Анализ возможности применения ЖМТ (литий, эвтектика свинец-литий и свинец-висмут, свинец, галлий). Обоснование применения свинца в качестве теплоносителя
1.3 Физические свойства свинца
1.3.1 Физические характеристики
1.3.2 Химические свойства свинца
1.4 Обоснование необходимости формирования ЗИП
1.4.1 Анализ величин МГД-сопротивления в системе
охлаждения бланкета свинцовым теплоносителем
1.4.2 Возможные пути уменьшения МГД-сопротивления
1.5 Постановка задач исследований
2 Обоснование выбора типа ЗИП на конструкционных
материалах в свинцовом теплоносителе
2.1 Выбор типа электроизолирующих покрытий
на конструкционных материалах
2.2 Термодинамический анализ процессов окисления
в системе свинец - конструкционные материалы - кислород
2.3 Выводы
3 Экспериментальные исследования характеристик электроизолирующих покрытий в различных условиях
3.1 Определение характеристик ЭИП на поверхностях
конструкционных материалов в свинцовом теплоносителе
3.1.1 Методика проведения экспериментов
и обработки результатов
3.1.2 Обсуждение результатов
3.1.2.1 Зависимость величины рб от температуры
3.1.2.2 Зависимость величины р5 от времени
выдержки образцов в свинце
3.1.2.3 Зависимость величины р5 от материала образцов
3.1.2.4 Зависимость рб от режима обтекания
3.1.2.5. Вольт амперная характеристика системы
электрод - ЭИП - свинец - ЭИП - электрод
3.1.2.6 Расчет погрешностей эксперимента
3.1.3 Сравнение полученных характеристик ЭИП, сформированных в свинце, с характеристиками, полущенными ранее для свинца и для других теплоносителей
3.1.3.1 Зависимость рб от типа теплоносителя
3.1.3.2 Зависимость рб от типа конструкционного материала
3.1.3.3 Зависимость величины рб от температуры
3.1.3.4 Вольт - амперные характеристики системы
электрод - ЭИП - расплав - ЭИП - электрод
3.1.3.5 Зависимость величины рб от режима
обтекания образцов
3.1.4 Выводы
3.2 Исследование работоспособности оксидных ЭИП в свинцовом
теплоносителе в условиях термоциклических нагрузок
3.2.1 Анализ величины термоциклических нагрузок стенки канала охлаждения бланкета токамака с ЭИП
в свинцовом теплоносителе
3.2.2 Анализ напряжений, возникающих в ЭИП в момент "гашения" и "зажигания" плазмы
3.2.2.1 Механические свойства пленок
3.2.2.2 Анализ механизма сцепления пленки
с конструкционным материалом
3.2.2.3 Анализ напряжений растяжения в пленке
и возможного трещинообразования
3.2.3 Экспериментальные исследования влияния термоциклических нагрузок на характеристики ЭИП
3.2.3.1 Методика проведения эксперимента
3.2.3.2 Обсуждение результатов
3.2.3.2.1 Зависимость величины р
от количества термоударов
3.2.3.1.2 Вольт-амперная характеристика системы
3.2.3.1.3 Расчет погрешности определения
величины р
3.2.4 Выводы
3.3 Исследование взаимодействия оксидных ЭИП с водой
3.3.1 Анализ процессов взаимодействия
оксидных покрытий с водой
3.3.2 Экспериментальное исследование взаимодействия в системе: сталь - оксидное
электроизолирующее покрытие - свинец - вода
2.2 Термодинамический анализ процессов окисления в системе свинец - конструкционные материалы - кислород
Уравнение реакции окисления металлов можно представить в общем
виде:
п-Ме + (т / 2)-СЬ = МепОт (2.1)
Согласно общим принципам химической термодинамики, каждая конкретная реакция может протекать лишь при условии уменьшения энергии Гиббса в системе, т.е. при условии, что ДО<0. Так как, по определению, энергия Гиббса образования простых веществ равна нулю, то энергия Гиббса реакций окисления металлов равна значению образования оксидов /9/.
Изменение изобарно-изотермического (термодинамического) потенциала образования соединения, или энергии Гиббса, можно определить как разность между изменением энтальпии системы (ДНТ°) и произведением изменения энтропии системы (Абт0) на температуру реакции:
лгд = ДНХ° - Д5Х°-Т, (2.2)
где ДНТ° - изменением энтальпии системы;
Д8Т° - изменения энтропии системы.
На практике воспользоваться этой формулой сложно, поэтому был получен ряд выражений, позволяющих в табличной форме представить изменение термодинамического потенциала. В частности, для реакции окисления уравнение имеет вид:/10/
Д^0 = ДН1298° - 2,303-Да-Т ^Т - 1/2-ДЬ-Т2 - Дй/(2-Т) + ГгТ -12 (2.3)
Наибольший интерес с рассматриваемой точки зрения представляют вопросы формирования, доформирования и сохранения работоспособности электроизолирующих и защитных оксидных покрытий на конструкционных материалах в системе охлаждения бланкета термоядерного реактора свинцом.