Массоперенос трития и продуктов коррозии конструкционных материалов в контурах с натриевым теплоносителем

• Автор: Алексеев, Виктор Васильевич
• Шифр специальности: 05.14.03
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Обнинск
• Количество страниц: 209 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.
Часть первая МАССОПЕРЕНОС ИЗОТОПОВ ВОДОРОДА 1 лава 1. МЕТОДЫ РАСЧЕТА МАССОПНРЕНОСА ТРИТИЯ В ТРЕХКОНТУРНОЙ ЯЭУ

1. Математическое описание массопереноса трития. Оценка вклада основных

составляющих в массопсренос трития

2. Анализ исходных данных и результаты расчетов для действующих ЯЭУ

3. Влияние технологических параметров на массоперснос трития. Накопление

трития в холодных ловушках и динамика поведения трития в

теплоносителе.

Глава 2. РАСЧЕТНЫЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

МАССОПЕРЕ1 ЮСА ТРИТИЯ.

4. Определение исходных параметров
5. Обоснование исследований на ЯЭУ
6. Исследование изотопного обмена в холодной ловушке
Глава 3. ОЧИСТКА И КОНТРОЛЬ ТРИТИЯ В НАТРИИ. ЭКСПЕРИМЕНТЫ НА
НАТРИЕВОМ КОНТУРЕ.
7. Очистка натрия от трития холодными ловушками
8. Обоснование метода непрерывного измерения концентрации трития в натрии
9. Экспериментальное исследование процессов очистки натрия от трития и
проницаемости трития через конструкционные материалы
Часть вторая
МАССОПЕРЕНОС ПРОДУКТОВ КОРРОЗИИ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ Глава 4. ФЕНОМЕНОЛОГИЯ ПРОЦЕССОВ МАССООБМЕНА С УЧАСТИЕМ
ВЗВЕШЕННЫХ ЧАСТИЦ ПРИМЕСЕЙ ПРИМЕНИТЕЛЬНО К НАТРИЕВЫМ
КОНТУРАМ
. Образование и состав частиц взвесей в натрии, основные закономерности
поведения дисперсной фазы в теплоносителе.
. Изучение физикохимических свойств взвесей в натриевых контурах.
Определение коэффициентов адгезии и трения частиц в натрии
. Исследование переноса взвесей теплоносителем.
Глава 5. МОДЕЛИРОВАНИЕ ГЕТЕРОГЕННОГО МАССОПЕРЕНОСА В
ДВУХКОМПОНЕНТНОЙ СИСТЕМЕ.
. Массообмен в охлаждаемых каналах.
. Массоперенос в натриевых контурах интегральная модель
Глава 6. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ И РАСЧЕТ ГЕТЕРОГЕННОГО
МАССОПЕРЕНОСА
. Массообмен в двухкомпонентной Ма никель или хром системе.
. Массообмен в многокомпонентной Иа продукты коррозии системе
. Массоперенос продуктов коррозии в первом контуре БН0
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


I систем очистки натрия); концентрация трития с внешней стороны контуров в газовых средах пренебрежимо мала; имеются источники водорода в первом контуре и каждой петле второго кон тура. При указанных упрощениях составлены уравнения баланса трития и водорода в натрии первого и второго контуров. М^^ж-К^Сж-ЕК^ЧСш-егиЬСл^лНеШ-СЛ! С;ц - концентрация насыщения водорода в натрии при температуре на выходе из холодной ловушки первого контура; бді - расход натрия через холодные ловушки первого контура (суммарный); вд - расход продувки из газовой полости реактора; М1 - масса натрия в первом контуре; С)т, Рін - производительность источников водорода и трития в первом контуре; Кг1К, Кн'к, КтТК|, КнТК' - коэффициенты проницаемости трития и водорода через стенки первого контура (бак реактора, трубопроводы и оборудование) и поверхности промежуточного теплообменника на і-ой петле второго контура; Ки - коэффициент изотопного обмена в холодной ловушке; (Злі - коэффициент удержания водорода в холодной ловушке первого контура; т - время; X - постоянная распада трития. В правой части уравнения (1. Аналогичное значение имеют члены уравнения (1. М2 і - масса натрия в і-ой петле; 0Л2. Огні - поток водорода в натрий через трубки парогенератора в і-ой петле; Кт2к Кн2Кг -коэффициенты проницаемости трития и водорода через стенки і-ой петли; КТПГ| -коэффициент проницаемости трития через трубки парогенератора і-ой петли. На рис. БН-0, которая положена в основу модели массопсреноса. Записывая уравнения (1. Решение полученной системы уравнений выполнено автором численным методом с применением ЭВМ (результаты расчетов см. Рис. Схема контуров установки БН-0 (ПТО - промежуточный теплообменник; ХЛ-1 и ХЛ-2 - холодные ловушки первого и второго контуров; ПГ -парогенератор). При делении урана-5 тепловыми нейтронами выход трития составляет 8,0'5 тритонов на деление /2-4/. Выход тритонов увеличивается в 3-4 раза с ростом энергии нейтронов до 1 МэВ /2, 5/. С некоторым приближением можно принять, что при делении ураиа-5 и плутония-9 бысгрыми нейфонами выход тритонов составляет 2,01 и 2,5-‘4 тритонов на деление соответственно /5, 6/. МэВ выход тритонов составляет около 1,5*4 для урана-5 III. Тритий образуется при облучении нейтронами многих нуклидов, входящих в состав конструкционных материалов, боросодержащих материалов в органах СУЗ, ряда примесей в топливе и теплоносителях. В быстром реакторе около -% трития, образующегося в стержнях СУЗ, переносится в натрий /8/. Возможно, что удерживается почти весь тритий, образующийся на карбиде бора /. Механизм удержания заключается в образовании соединения ГлТ, а также низкой диффузионной подвижности трития в карбиде бора. По данным // около % трития образуется за счет реакций с примесями лития и бора и несколько меньше % поступает в натрий из стержней СУЗ. В отличие от стержней СУЗ лишь небольшое количество трития удерживается в топливных элементах быстрого реактора: около 1% по данным // и около 5% по данным //. С учетом представленных выше данных, нами получены производительности источников трития для реакторов БН-0 (5,2 ' кг/с) и БН-0 (2, '" кг/с). По оценкам // при делении ядерного топлива образуется 4,5-1' ат МВт'1 сут'1, а в результате ядерных реакций 1,6- ат МВт'1 сут'1 водорода. Поток влаги из защитного газа оценивается, например, для реактора EBR-II величиной (1,5 ± 0,3)- ат с'1. Для реактора EBR-II из парогенератора поверхностью 0 м2 поток водорода в натрий оценивается величиной - мг/ч, что однако не совпадает с данными, полученными для реакторов Феникс и PFR (-0 мг/ч через несколько лет с начала эксплуатации парогенераторов) //. Р| и Р2 - парциальные давления изотопов водорода по обе стороны стенки, Па; $ - площадь поверхности стенки, м2; б - толщина стенки, м. В выражении (1. Парциальные давления Р] и ? Л/Па. КСТ=2,КСН (1. Выражения для расчета потоков водорода и трития в кг/с получены с использованием (1. К»(с»-С«)5 (1. Т = 2,К1(С1-С^ (1. При этом выражения (1. Зн =К|^(С? КПр,: и К! Известные данные по проницаемости изотопов водорода получены в основном для протия. В таблицу 1 Приложения 1 сведены данные различных авторов для ряда применяемых в атомной энергетике материалов. Кл=-А-? О'?