Тенишев лекции (незащищенный фаил) KiFM_2014

Основные виды повреждений покрытий МТ

1. Амебный эффект – смещение топливной МС из центрального положения и разрушение покрытий.

Вызывается градиентом температуры в АЗ реактора. Даже градиенты от 1- 3 °С могут вызывать амебный эффект. Для уменьшения этого эффекта покрытия из SiC заменяется на ZrC или NbC. Проводят легирование МС, введением оксида Zr или оксида Th. Эффект уменьшается или исчезает вообще.

2.Взаимодействие ПД с карбидным покрытием. Некоторые ПД при этом образуют жидкую фазу, приводя к разрушению этого покрытия, которое в 100-1000 раз лучше удерживает ПД, чем пироуглерод.

3.Растрескивание покрытий, вследствие напряжений в этих покрытиях. Различают два вида напряжений в покрытиях:

-технические напряжения обусловлены разностью коэффициентов термического расширения различных слоев, а также появлением в

активном обьеме твэлов газов СО и СО2, что приводит к увеличению давления внутри МТ;

-радиационные напряжения в слоях покрытий, обусловленные анизотропией радиационного роста кристаллитов пироуглерода, входящих в состав покрытия, а также давлением ГПД.

Напряженно-деформированное состояние МТ

Напряжения в МТ находят расчетным путем, т.к. измерить их невозможно. Они определяют работоспособность МТ!

Упрощенная расчетная модель напряженно деформированного состояния:

1.Топливные МС имеют строго симметричную форму и окружены концентричными слоями покрытия.

2.Слой РуС1 не обладает конструкционной прочностью вследствие высокой пористости и не передает вышележащим слоям покрытия напряжения обусловленные увеличением объема топливной МС, вследствие распухания при выгорании.

3.Плотные слои РуС2 и РуС4 не подвергаются воздействию ПД, т.е. ПД полностью тормозятся в слое РуС1.

4.Размеры покрытий меняются анизотропно, вследствие термического расширения и повреждения их нейтронами. Изменение размеров покрытий ~ дозе облучения. Облучение не меняет свойств покрытий.

5.Покрытие разрушается тогда, когда растягивающие напряжения превосходят предел прочности слоя покрытия.

ВТГР в России

Главный конструктор: ОАО «ОКБМ Африкантов» Научный руководитель: РНЦ «Курчатовский институт»

Энергоисточники нового поколения на базе высокотемпературных газоохлаждаемых реакторов разрабатываются для высокоэффективного производства электроэнергии и энерготехнологического применения (производство водорода из воды, нефтехимия, металлургия и др.).

На основе технологий высокотемпературного модульного гелиевого реактора, системы преобразования энергии с газовой турбиной, топлива, технологий транспорта тепла и технологий получения водорода могут быть реализованы различные варианты энергоисточников:

-АЭС с ВТГР (проект ГТ-МГР) – для производства электроэнергии высокопотенциального тепла;

-атомная энерготехнологическая станция (АЭТС) с ВТГР (проект МГР-Т) для производства высокопотенциального тепла для энерготехнологического применения, в том числе, производства водорода.

Атомные станции с ВТГР позволят обеспечить:

-экономичное производство электроэнергии с высоким КПД (до 48%) и минимальным тепловым и радиационным воздействием на окружающую среду;

-получение тепла для производства водорода, нефтепереработки и т.п.;

-гибкий топливный цикл с возможностью использования различных видов топлива (обогащенный уран, топливо на основе оружейного или энергетического плутония без воспроизводящего материала, МОКС-топливо на основе энергетического или оружейного плутония, уран-ториевое топливо) без изменения конструкции активной зоны;

-возможность захоронения выгруженного из реактора топлива без дополнительной переработки;

-размещение энергоисточника в непосредственной близости от потребителя за счет модульной концепции реактора, основанной на свойствах внутренне присущей безопасности;

-минимальное количество систем безопасности реакторной установки и станции создают предпосылки для снижения капитальных и эксплуатационных затрат;

-основу для разработки мощностного ряда реакторов нового поколения для производства высокопотенциального тепла, используемого в энергоемких технологических процессах, включая производство водорода из воды.

Установки с высокотемпературными реакторами ГТ-МГР и МГР-Т по своим техническим характеристикам, уровню безопасности и экономичности удовлетворяют отечественным нормам и правилам по безопасности и рекомендациям МАГАТЭ.

Возможные сочетания теплоностиеля и замедлителя

Тугоплавкие и твердые бескислородные

соединения

Металлоподобные тугоплавкие соединения переходных Ме и не Ме.

Неметаллические тугоплавкие соединения, образованные из совокупности полуметаллов, вырожденных металлов и т.д.

Металлические соединения образованные переходными

Фазы внедрения

Фазы внедрения - высококонцентрированные тугоплавкие фазы, имеющие высокосимметричные кристаллические решетки, такие как ОЦК, ГЦК и ГПУ (где с/а=1,633)

К фазам внедрения относятся все соединения, в которых соблюдается следующее размерное соотношение:

rх 0,59 где х = С, N, H.

rMe

Если это отношение > 0,59 то образуются фазы со сложными кристаллическими решетками и узкими областями гомогенности.

Т.о фазы внедрения - фазы, металлические атомы которых образуют высокосимметричные плотноупакованные решетки в октаэдрических пустотах которых располагаются атомы неметалла. Они представляют собой высококонцентрированные твердые растворы внедрения.

Все гидриды являются фазами внедрения. Все нитриды являются фазами внедрения.

Большинство карбидов являются фазами внедрения. Бориды и силициды не являются фазами внедрения, так как для них

это отношение существенно больше.

Карбиды

Большинство карбидов – фазы внедрения.

Металлы IVА (Ti, Zr, Hf) и VА (V, Nb, Ta) групп образуют монокарбиды с ГЦК решеткой. Металлы VIА (Cr, Mo, W) группы образуют более сложные

карбиды типа Me2C.

Особенности:

-наличие двух типов связи (металлической и ковалентной);

-высокие теплоты образования, что говорит о сильной связи атомов. Теплоты образования уменьшаются при переходе от карбидов IVА к

карбидам элементов VIА группы, что говорит о уменьшении силы связи Me-C и увеличению силы связей Me-Me и C-C.

Все монокарбиды являются фазами переменного состава, т.е. нестехиометрическими соединениями с широкими областями гомогенности, которые находятся с одной стороны от стехиометрического состава MeC1-x. Таким образом, в них всегда имеется дефицит углерода и большое количество вакансий в анионной подрешетке.

Карбиды (свойства)