Создание экспериментальных установок и базы данных для выбора и усовершенствования жидкосолевых топливных композиций и теплоносителей в ядерных реакторах

• Автор: Игнатьев, Виктор Владимирович
• Шифр специальности: 05.14.03
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 309 с. : ил.

Оглавление

Предисловие . . .

Глава 1. Введение .

1.1. Роль атомной энергетики в структуре мирового энергетического потребления в XXI веке. . . . .

1.2. Анализ состояния технического и технологического уровня реакторных

разработок с использованием расплавов солей фторидов .

Выводы к Главе 1. . .

Глава 2. Проектирование и эксплуатация жидкосолевых стендов

2.1. Технологические особенности жидкосолевых стендов

2.2. Экспериментальный лабораторный стенд с принудительной циркуляцией жидкосолевого теплоносителя ЫРМаРКР
2.3. Экспериментальный лабораторный стенд с естественной циркуляцией жидкосолевого топлива 1лРМаРВеР2РиРз
2.4. Экспериментальный реакторный стенд с естественной циркуляцией жидкосолевого топлива 1лРВеР2Цр4
Выводы к Главе 2
Глава 3. Коррозионная стойкость сплавов и сталей в среде расплавов солен фторидов
3.1. Термодинамический анализ системы конструкционный материал расплав фторидных солей и механизмы коррозионных процессов
3.2. Основные направления исследований
3.3. Разработка никельмолибденового сплава для уранториевого ЖСР
3.4. Коррозионные и механические характеристики никельмолибденовых сплавов
для ЖСР сжигателя акт иноидов
3.5. Совместимость сталей и сплавов с жидкосолевыми теплоносителями
промежуточного контура
Выводы к Главе 3
Глава 4. Физические свойства расплавов солей фторидов
4.1. Диаграмма плавкости смесей расплавов фторидов
4.2. Растворимость трифторида плутония в смесях расплавов фторидов
4.3. Растворимость оксидов металлов в смесях расплавов фторидов
4.4. Вязкость, теплопроводность и плотность смесей расплавов фторидов 0 Выводы к Главе 4
Глава 5. Теплообмен расплавов солей фторидов
5.1. Теплообмен при вынужденном течении в круглой трубе
5.2. Теплообмен при естественной конвекции в закрытых термосифонах
Выводы к Главе 5
Глава 6. ЖСРсжигатель долгоживущих актиноидов
6.1. Описание реакторной установки
6.2. Основные материалы
6.3. Топливный цикл
6.4. Нейтроннофизические характеристики активной зоны
6.5. Теплогидравлический анализ активной зоны
6.6. Флюенс повреждающих нейтронов в графитовом отражателе
6.7. Показатели эффективности трансмутации
6.8. Анализ возможного разброса результатов расчета
6.9. Характеристики теплообменного оборудования
6 Массогабаритные характеристики реакторного контура
Выводы к Главе 6
Заключение
Список литературы


Из таблицы видно, что для транспорта этого количества тепла расплавом солей требуется только /г такой трубы, в случае использования гелия необходимо более труб и 2 трубы для натриевого теплоносителя. При этом расплав солей находится при атмосферном давлении, тогда как гелий при высоком давлении. Таблица 1. Сравнение возможностей различных теплоносителей для транспор-та 1 ООО МВт тепловых при их подогреве на 0°С [2]. Температура на выходе. Конструкционные материалы. В ЖСР на тепловых нейтронах с максимальной температурой топлива 0-0°С единственным конструкционным материалом в активной зоне является графитовый замедлитель, не несущим силовых нагрузок. Условия работы элементов конструкции ЖСР предъявляют следующие требования к металлическому сплаву: (1) Высокое сопротивление к окислению; (2) Совместимость с жидкосолевым топливом и теплоносителем промежуточного контура; (3) Высокая жаропрочность; (4) Высокая радиационная стойкость и (5) Технологичность (возможность штамповки, проката, обработки резанием, свариваемость). Сегодня уже видны определённые достижения в разработке материалов для ЖСР, в первую очередь для энергетического ЖСР типа МБЕИ. С, проект которого разработан в (ЖЫЬ [8]. С точки зрения сопротивляемости к окислению, а также коррозионной устойчивости в среде расплавленных фторидов, наиболее приемлемыми свойствами обладают сплавы с высоким содержанием никеля. В СЖЖ специально для ЖСР был создан сплав на основе никеля - хастеллой-Н []. Этот сплав содержит % Мо для обеспечения жаропрочности и 6-8% Сг для противодействия окислению. Однако потребовалась его дальнейшая модификация для уменьшения явлений радиационного охрупчивания и межкристаллитного растрескивания. Дальнейшие работы привели к созданию модифицированной композиции хастеллоя-Н, имеющей более низкое содержание Мо (до %) и ( 0,1%) и от 1 до 2% МЬ в качестве карбидообразующей присадки. Такой сплав оказался значительно менее подверженным охрупчиванию под действием нейтронов и межкристаллитному растрескиванию при внедрения атомов теллура. Этот Материал удовлетворяет всем основным требованиям, перечисленным выше. СССР. Эта работа завершилась созданием сплава ЭК- (ХНМТЮ) [3]. Сплав ЭК- по сравнению со сплавом хастеллой-Н имеет некоторые отличия: в нём меньшее содержание хрома (5,5% вместо 7%), меньшее содержание титана (0,8% вместо 1-2%) и добавлен ещё один легирующий элемент -алюминий (до 1%). Предварительные ампульные испытания показали, что этот сплав обладает существенно более высокой стойкостью к межкристаллитному растрескиванию, чем хастеллой-Н, а его скорость равномерной коррозии в расплавах фторидов не превышает 2 мкм/год при температуре до 0°С [3]. Исследования проводились на механически напряжённых образцах, и было обнаружено, что напряжённое состояние не влияет на скорость коррозии. Радиационная стойкость исследовалась при флюенсе до 5. При таком флюенсе механические характеристики сплава практически не ухудшались. Продемонстрирована возможность сварки этого сплава [3]. На заводе "Электросталь" сплавлена опытная партия сплава ЭК- в количестве 5 т в виде прутка, сутунки и трубной заготовки. На Ашинском металлургическом заводе были прокатаны листы толщиной 3, 5, ТО, и мм. Во ВНИТИ разработана технология и изготовлена опытная партия труб с размерами x1, x1,5 и x2,5мм. Металл показал удовлетворительную технологичность, как в горячем, так и в холодном переделах. Принципиальных трудностей для организации крупномасштабного производства этого материала, по-видимому, нет. Однако чтобы считать, что проблема конструкционного материала для ЖСР решена, необходимо провести долговременные неизотермические петлевые испытания с жидкосолевым носителем выбранного состава, а также изготовить крупные плавки такого материала и продемонстрировать возможность изготовления из него типичных деталей конструкции (для хастеллоя-Н такая работа была выполнена при строительстве МБЯЕ). Сплав типа хастеллой-Н и его отечественный аналог ХНМТЮ - это сравнительно дорогие материалы, и их применение целесообразно только для таких элементов конструкции, для которых невозможно использовать более дешёвые материалы.