Атомная динамика расплава калий-кислород, эксперименты по рассеянию медленных нейтронов

• Автор: Заезжев, Михаил Васильевич
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Место защиты: Б. м.
• Количество страниц: 119 с. : ил.

Содержание
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1 МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ МИКРОСТРУКТУРЫ И АТОМНОЙ ДИНАМИКИ ПРИМЕСЕЙ В ЖИДКИХ МЕТАЛЛАХ
1.1 Микронеоднородное строение расплавов
1.2 Методы исследования структуры и атомной динамики жидкостей
1.3 Экспериментальные методы исследования
1.4 Методы рассеяния в исследованиях конденсированных сред
1.5 Дифракция нейтронов и рентгеновских лучей
1.6 Неупругое рассеяние нейтронов и рентгеновских лучей
1.7 Постановка задачи
ГЛАВА 2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ РАСПЛАВА “КАЛИЙ - КИСЛОРОД” МЕТОДОМ РАССЕЯНИЯ МЕДЛЕННЫХ НЕЙТРОНОВ
2.1 Спектрометр медленных нейтронов ДИН-2ПИ
2.2 Образец расплава
2.2.1 Выбор щелочного металла
2.2.2 Конфигурация образца
2.2.3 Конструкция рабочего участка
2.2.4 Выбор конструкционных материалов
2.2.5 Основные узлы
2.2.6 Технология заполнения расплава кислородом
2.2.7 Функциональное назначение образца
2.2.8 Анализ калия на содержание примесей
2.3 Методика проведения экспериментов
2.4 Экспериментальные ДДС расплава “калий - кислород”
2.5 Выводы

ГЛАВА З ДИФФУЗИЯ КИСЛОРОДА В ЖИДКОМ КАЛИИ
3.1 Природа квазиупругого и неупругого рассеяния
3.2 Корреляционные функции и диффузия в жидкости
3.3 Законы некогереитного квазиупругого рассеяния (ЗНКУР)
3.4 Характеристики интегральной интенсивности квазиупругого некогерентного рассеяния
3.5 Модельный анализ экспериментальных данных по диффузии
кислорода в жидком калии
3.6 Выводы
ГЛАВА 4 ЧАСТОТНЫЙ СПЕКТР КИСЛОРОДА В РАСПЛАВЕ КАЛИЯ
4.1 Пространственно-временные корреляционные функции и спектр частот
4.2 Методика извлечения СЧ из экспериментальных ДДС однокомпонентной системы
4.2.1 Расчет ДДС однофононного, квазиупругого и многофононного рассеяния
4.2.2 Учет эффекта многократного рассеяния
4.2.3 Итерационная процедура извлечения спектра частот
4.3 Методика получения СЧ кислорода на основе анализа ДДС расплава К - О
4.4 Экспериментальный спектр частот калия
4.5 Частотный спектр кислорода в расплаве “калий - кислород”
4.6 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
В многообразии проблем физики конденсированных сред изучение расплавов щелочных металлов как простых жидкостей представляет особый интерес. Как однокомпонентные системы (А), они исследованы экспериментаторами достаточно полно, собран обширный материал по термодинамическим и теплофизическим свойствам, структуре, атомной динамике и т.д. Прогресс в области расчётно-теоретических исследований таких жидкостей соответствует современному уровню развития теории жидкого состояния.
Вместе с тем, примесные состояния щелочно - металлических расплавов А - X, которые наиболее интересны с практической точки зрения, изучены слабо. В частности, отсутствует информация об атомной динамике расплава К - О, которая является предметом данного исследования.
Актуальность этой темы обусловлена следующими обстоятельствами.
1. Расплавы щелочных металлов широко используются как теплоносители ядерных энергетических установок (ЯЭУ) и рабочее тело тепловых труб.
2. В технологической практике все они являются неидеальными растворами неметаллических примесей (кислорода, водорода, углерода и т.д.) и элементов конструкционных материалов циркуляционной системы.
3. Вопросы коррозии конструкционных материалов и переноса их масс тесно связаны с состоянием неметаллических примесей в щелочно - металлических теплоносителях.
4. Определяющая роль в этих процессах принадлежит кислороду [1]. Хотя традиционная технология основывается на глубокой очистке металла от этой примеси [1-3], это далеко не всегда удается сделать. Поэтому при разработке методов очистки и эффективном использовании имеющихся для этого средств важное значение имеет однозначное и достоверное представление форм существования примесей в расплавах.
Между тем теория примесного состояния кислорода в щелочных металлах и его экспериментальные исследования не дают исчерпывающего ответа на вопросы о природе этого состояния, о формах существования примеси кислорода в этих металлах и о том, как они меняются с температурой и концентрацией других примесей, в частности, водорода, также оказывающего сильное влияние на коррозию конструкционных

В конструкции первого (рис. 12) реализована горизонтальная компоновка - контур с вспомогательными узлами и системами располагался в верхней части камеры. В нейтронный пучок помещался лишь рабочий участок. Однако проведенная на этом образце серия экспериментов выявила принципиальный недостаток такой схемы - высокий уровень фонового рассеяния на конструкционных материалах и чрезмерный перегрев верхней части камеры вплоть до потери герметичности резиновых уплотнений и, как следствие, нарушение вакуума. Поэтому в конструкции второго образца (рис. 13) применена вертикальная компоновка: в верхней части камеры находится рабочий участок и газовакуумная линия, а все прочие узлы опущены в нижнюю часть камеры. Это привело к существенному снижению фона и улучшению теплового режима.
2.2.3 Конструкция рабочего участка
Экспериментальное исследование систем "щелочной металл-кислород" методом рассеяния медленных нейтронов предъявляет взаимоисключающие требования к конструкции рабочего участка. Практика обращения с щелочными металлами требует создания прочного контейнера, обеспечивающего пожаробезопасность системы. В то же время в нейтронной спектрометрии объем конструкционных материалов в зоне прохождения пучка зондирующего излучения должен быть минимальным для ослабления фонового рассеяния. Кроме того, для снижения вредного эффекта многократного рассеяния следует избегать массивных образцов с большой толщиной исследуемого материала.
Обычно используют пучок тонких капилляров, заполненных исследуемым веществом. Для исследования щелочных металлов такая конструкция не подходит, поскольку объем конструкционного материала оказывается сравнимым с количеством исследуемого металла. Поэтому при конструировании рабочего участка сделана попытка применить так называемый “душ”, т.е. организовать течение щелочного металла в зоне нейтронного пучка в виде тонких струй, свободно падающих в среде инертного газа и вытекающих из отверстий перфорированной пластины. Преимуществом такой схемы является также отсутствие контакта щелочного металла с корпусом рабочего участка.
Для расчёта геометрических характеристик конструкции (количество отверстий, их диаметр и толщина пластины) в качестве известных параметров бралась рабочая характеристика "расход - давление" для насоса индукционного типа ЭНИВ-0, единст-