ции) вследствие повышенной свободной энергии атомов деформированного металла, а также влияния механических напряжений на структуру образующейся первичной оксидной пленки. Повышение свободной энергии приводит к увеличению сродства химической реакции металла с кислородом. Кроме того, растягивающие напряжения увеличивают возможность протекания межкристаллитной коррозии.

Влияние обработки поверхности. Защитные свойства оксид-

ной пленки на тщательно обработанной, гладкой поверхности значительно выше по сравнению с пленкой на неровной поверхности. Причина явления – уменьшение микрогетерогенности оксидной пленки и снижения в ней внутренних напряжений.

7.2.11. Химическая коррозия в газовых теплоносителях

Общая характеристика теплоносителей ЯЭУ. В качестве теп-

лоносителей могут применяться газы, вода, растворы или расплавы солей, органические вещества и металлы с низкой температурой плавления.

Процессы коррозии в газовых теплоносителях. Применение газовых теплоносителей позволяет преобразовывать тепловую энергию в механическую без промежуточных теплообменников. В настоящее время наибольший практический интерес и распространение получили углекислый газ и гелий.

Углекислый газ (СО2). При охлаждении или сжатии этот бесцветный и без запаха негорючий газ легко переходит в снегоподобную массу (сухой лед). Сечение захвата тепловых нейтронов углекислым газом мало. Плотность и объемная теплоемкость СО2 больше, чем у других газовых теплоносителей, поэтому активная зона реактора может быть более компактной. Разложение углекислого газа в поле облучения существенно зависит от параметров газа. При давлении, близком к атмосферному, СО2 практически не разлагается. Заметным его разложение становится при давлении 1 МПа. Наличие в СО2 примесей, взаимодействующих с атомами углерода или кислорода, способствует разложению углекислого газа под облучением.

504

При повышенных температурах и давлениях углекислый газ и продукты его разложения способны окислять и науглероживать конструкционные материалы. Металлы, обладающие высоким химическим сродством к кислороду (Zr, Ti, V, Nb, Ta, Be и др.) вос-

Менее активные Cr и Mn восстанавливают диоксид по реакции

(2Cr + 3CO2 → Cr2O3 + 3CO; 2Cr + 3CO → Cr2O3 + 3C)

и могут науглероживать материал. Науглероживание ведет к образованию в металле твердых растворов и карбидных фаз, что вызывает снижение пластических свойств конструкционных материалов.

Наличие в СО2 примесей усиливает окисление металлов. Присутствие в СО2 паров воды резко увеличивает окисление Mg (при Т > 873 K магний горит в атмосфере СО2) и углеродистых сталей при высоких температурах. Окисление усиливается и за счет продуктов разложения СО2 – кислорода и оксида углерода. СО, проникая через образующиеся в пленке поры, в соответствии с реакцией (7.20) способствует дальнейшему росту окалины и науглероживанию поверхности металла, что ухудшает сцепление окалины с металлической поверхностью и снижает коррозионную стойкость сталей.

Гелий. Инертный газ гелий перспективен как теплоноситель для высокотемпературных реакторов на быстрых нейтронах. Он имеет ничтожное сечение поглощения тепловых нейтронов и не активируется при облучении нейтронами. Теплопроводность гелия в 10 раз больше, чем углекислого газа. Это обеспечивает лучшую теплоотдачу, особенно при температурах ниже 400 °С, уменьшает габариты теплообменников (~ 30 %). Однако, гелий имеет низкую объемную теплоемкость, (ниже чем у СО2, азота, воздуха), поэтому для аккумуляции значительного количества тепла в гелии необходимо иметь большой перепад температур на входе в активную зону

505