Высокотемпературные процессы с расплавами кориума в проблеме безопасности АЭС с ВВЭР

• Автор: Бешта, Севостьян Викторович
• Шифр специальности: 05.14.03
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Сосновый Бор
• Количество страниц: 462 с. : ил.

содержание кристаллизационной воды, с теплоемкость, кДжкгК

потеря массы,

Еа энергия акгивации, Джмоль

Н энтальпия, кДжг

АН силовой эффект, кДжг

величина утончения образца, мм

М масса, г

тепловой эффект, кДжг плотность теплового потока, МВгм2

энтропия, кДжг град

Т температура, С

температура ликвидус, С Тэвт. эвтектическая температура, К время, с

скорость нагрева, Кс т время, с
Аокс теплопроводность расплавов оксида, Втм К
Ст степень черноты х толщина окалины, мм
4 стандартный химический потенциал того компонента Я коэффициент активности того компонента
Xi концентрация того компонента в системе.
СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1. Обзор экспериментальных исследований по проблеме кориума
2. Создание экспериментальных установок для исследования
2.1 Выбор метода нагрева и способа удержания расплава
2.2 Экспериментальные установки серии Расплав
2.3 Система экспериментальных измерений и особенности высокотемпературных измерений при исследовании процессов в расплаве
2.4 Погрешности экспериментальных измерений
2.5 Крупномасштабная экспериментальная установка
3. Экспериментальные исследования в обоснование концепции удержания расплава в корпусе реактора
3.1 Взаимодействие расплава окисленного кориума со сталью корпуса реактора
3.2 Модель коррозии корпусной стали при взаимодействии с расплавом окисленного кориума
3.3 Взаимодействие неокисленного кориума со сталью корпуса реактора
3.4 Взаимодействие оксидного расплава с металлическим и структура ванны кориума
3.5 Заключение по удержанию расплава в корпусе реактора
3.6 Процессы при подаче воды на поверхность расплава
4. Исследование процессов внекорпусной фазы аварии
и концепция локализации кориума в ловушке тигельного типа
4.1 Экспериментальное исследование взаимодействия расплава кориума с бетонами шахты реактора АЭС
4.2 Исследование взаимодействия расплава кориума с огнеупорами
4.3 Жертвенные материалы как основной элемент концепции УЛР
4.4 Исследование взаимодействия оксидного ЖМ с оксидной
и металлической составляющими расплава кориума
5. Исследование выхода продуктов деления из расплава кориума
5.1 Исследования по проекту РРМР
5.2 Исследования по проекту ЬРР
5.3 Валидация моделей, описывающих выход ПД из топливного расплава
5.4 Снижение выхода аэрозолей и РПД при удержании
расплава в УЛР тигельного типа
6. Исследование свойств и фазовых диаграмм кориума
Заключение
Список использованных источников


Несмотря на обширную выполненную экспериментальную программу, авторы в заключении отмечают, что пока не ясно, какие физические эффекты определяют характер взаимодействия и условия инициирования парового взрыва. Упомянуты планы проведения более детального исследования, но в опубликованной литературе каких-либо сведений о результатах этого исследования обнаружить не удалось. Наиболее близкие к натурным условиям эксперименты по исследованию процессов при подаче воды на поверхность расплава стали выполнены на установке SWISS в SNL /6/. Исследовались процессы взаимодействия расплава стали высокой температуры с бетоном при одновременной (SWISS2) или с запаздыванием (SWISS 1) подачей воды на поверхность расплава стали. В обоих экспериментах был сформирован расплав из нержавеющей стали типа 4 весом ~ кг, а затем расплав был подан на образец бетона диаметром ,6 см, расположенный в тигле из литого MgO. Расплавленная сталь непрерывно подогревалась посредством индукционного нагрева мощностью от 1,3 до 1,7 кВт/кг. После этого был сформирован водный бассейн на расплаве стали. В обоих испытаниях взаимодействие поддерживалось в течение мин. В экспериментах SWISS основное внимание было уделено определению скорости разрушения бетона, скорости образования и составу образующихся газов и грубо были оценены тепловые потоки к вышележащему водному бассейну. Для испытаний SWISS2 были определены скорости образования аэрозолей. Из информации, полученной в экспериментах SWISS, могут быть использованы ограниченные данные, имеющие универсальный характер. Отсутствие паровых взрывов при взаимодействии воды с поверхностью расплава стали, хотя на этот результат мог влиять расход газа с поверхности зеркала расплава. Ослабление выхода аэрозолей с поверхности расплава в - раз при наличии водного бассейна глубиной см. Тепловой поток в водный бассейн с поверхности стали составил 0,l-f0,8 МВт/м2. При этом надо отметить низкую точность определения плотности теплового потока, хотя для консервативной оценки указанные данные можно использовать. Выход радиоактивных продуктов деления (РПД) из топливного расплава является одним из ключевых процессов тяжелой аварии и в значительной степени опреде-ляет радиационные и радиоэкологические последствия. РБГ, радиоиода и летучих продуктов деления при деградации активной зоны. Гораздо в меньшей степени изучены выходы малолетучих продуктов, которые дают заметный вклад в радиационные нагрузки на персонал, население и экосистему, таких как радионуклиды Бг, У, 2г, №>, Ли, Ва, Се, Ьа,и некоторых трансурановых элементов (прежде всего Ри и Ст), которые существенны не только для долговременных, но и для ранних последствий. Для внутри- и внереакгорных условий ванны топливного расплава, в зависимости от сценариев развития аварии, должны быть рассмотрены различные граничные условия. Как уже рассматривалось в разделе 1. Внутриреакгороная фаза аварии характеризуется более высокими температурами, присущими жидкой ванне и-2г-0 расплава в общем случае от до С, во вне-реакторных условиях большие размеры ванны и разбавление кориума легкоплавкими продуктами взаимодействия с окружающими ванну материалами приводит к значительному уменьшению температур расплава. Конфигурация ванны расплава и механизмы выхода продуктов деления. Конфигурация и структура ванны расплава, главным образом, определяются сценарием аварии, граничными условиями отвода тепла, теплогидродинамическими и физико-химическими процессами в расплаве (Рис. Частичная кристаллизация расплава или химические реакции компонентов расплава могут приводить к образованию твердой фазы на поверхностях ванны или на поверхностях раздела несмешивающихся жидких фаз. Корка, как правило, теплоизолирует примыкающий объем жидкости и является существенным долговременным диффузионным барьером, препятствующим транспорту продуктов деления за пределы объема, ограниченного коркой. Вследствие существенного термического сопротивления корки на поверхности ванны расплава температура внешней поверхности корки заметно ниже, чем температу ра жидкости, что значительно уменьшает скорость испарения РПД /0/.