Технические науки/Энергетика

Заурбекова Ж.А., Гордиенко Ю.Н., Тулубаев Е.Ю.

Семипалатинский государственный университет имени Шакарима;

Дочернее государственное предприятие "Институт атомной энергии"

Республиканского государственного предприятия

"Национальный ядерный центр Республики Казахстан"

исследование взаимодействия изотопов водорода с конструкционными материалами термоядерных установок в условиях реакторного излучения

На стадии проектирования ТЯР для обоснования радиоэкологической безопасности и для решения вопросов утилизации, хранения и эффективного использования трития (основного компонента топлива для большинства термоядерных реакторов) необходимо знать параметры взаимодействия трития с материалами ТЯР в условиях комплексного воздействия факторов эксплуатации, а именно в условиях нейтронных и гамма полей. Экспериментальные исследования материалов в условиях реакторного излучения позволяют отчасти смоделировать прогнозируемые воздействия и оценить влияние излучения на параметры взаимодействия изотопов водорода с данными материалами.

Основным методом при проведении таких исследований является метод водородопроницаемости (ВП).

В работах профессора Бекмана И. Н. [[1], [2]] было предложено использовать линеаризацию кривых ВП для первичной оценки механизма проникновения изотопов водорода сквозь образец. Используя расчетные диаграммы отклонений линеаризированных кривых от классической кривой нами были проанализированы результаты нескольких серий реакторных экспериментов по ВП полученные в ходе исследований на реакторе ИВГ1.М ИАЭ НЯЦ РК в г. Курчатов (данные экспериментов представлялись в работах [[3] - ,[4],[5], [6] ]).

Для обработки данных методом функциональных масштабов в математическом приложении MathCAD была написана программа «Линеаризация», после чего были выбраны экспериментальные кривые с отклонениями от классических условий метода.

Ниже приведены обычные и линеаризированные кинетики проникновения водорода (дейтерия) полученные в реакторных экспериментах по ВП конструкционных материалов.

Согласно полученным графикам линеаризованных кривых и результатам работы по систематизации отклонений линеаризированных кривых от классической кривой проф. Бекмана можно сделать следующие выводы.

Классический вариант метода проницаемости наблюдался только в экспериментах с нержавеющей сталью МАНЕТ. (См. рисунок Рисунок 1) . Реальная кривая своей формой почти идеально совпала с теоретической.

а) Кинетика проникновения

б) Кинетика проникновения в линеаризованном виде

Рисунок 1 Эксперимент по ВП нержавеющей стали МАНЕТ. (Давление водорода на входной стороне мембраны 500 Па, температура образца 500 С, мощность реактора 2 МВт)

В экспериментах с медью – форма кривой отличалась от классической (при температурах не более 400 С). (См. рисунок Рисунок 2) На линеаризированной кривой это отчетливо видно – данное отклонение характерно для механизма проникновения диффузанта сквозь плоский образец в присутствии ловушек ограниченной емкости с обратимым захватом (т.н. модель Мак-Набба-Фостера).

а) Кинетика проникновения

б) Кинетика проникновения в линеаризованном виде

Рисунок 2 Эксперимент по проницаемости дейтерия сквозь безкислородную медь . (Давление дейтерия на входной стороне мембраны 1500 Па, температура образца 400 С, мощность реактора 1 МВт)

Все полученные выводы из анализа линеаризованных кривых совпали с выводами, полученными в работах [3- 6]. Анализ в этих работах содержал более корректное обоснование механизмов проникновения и включал в себя компьютерное моделирование.

Тем не менее, по результатам расчетов можно заключить, что линеаризация кривых ВП и анализ отклонения реальных кинетик проникновения от классических может выступать как эффективное средство первичного анализа результатов реакторных экспериментов по ВП; служить основанием для выбора расчетной модели при компьютерном моделировании, а также использоваться для обоснования выбора методических условий дальнейших экспериментов по ВП.

Список использованных источников.

---

[1] Бекман, И. Н. Экспериментальные методы изучения диффузии радиоактивных газов в твердых телах / И. Н. Бекман //Радиохимия. – 1981. – № 23. – C. 281-287.

[2] Швыряев А.А., Бекман И.Н., Диаграммные бумаги для обработки результатов диффузионных экспериментов, - Вестник МГУ, сер. 2: химия, 1981, т. 22, № 5, с. 467-471.

[3] Т.В. Кульсартов, Е.А. Кенжин, И.Л. Тажибаева, Ю.Н. Гордиенко, Ю.В. Понкратов, Н.И. Барсуков, С.Е. Афанасьев, Е.В. Чихрай . Исследование влияния реакторного излучения на процесс проникновения изотопов водорода сквозь нержавеющую сталь SS316IG ж. Вопросы Атомной Науки и Техники , вып. 2. 2008 стр. 31-36

[4] Кульсартов Т.В., Кенжин Е.А., Тажибаева И.Л. и др. Исследование процессов проникновения дейтерия сквозь медь в условиях реакторного излучения. – Тезисы конф. «Ядерная и радиационная физика», Алматы, ИЯФ НЯЦ РК, 8-11 сент. 2009, с. 111.

[5] Kulsartov T.V., Shestakov V.P., Tazhibaeva I.L., Klepikov A.Kh., Kenzhin E.A. Hydrogen permeation through vanadium alloy V-4Cr-4Ti «in situ» of reactor irradiation - J. Nuclear Mater. ,283, (2000), 299.

[6] Ю.В. Понкратов, Т.В. Кульсартов, Н.И. Барсуков, Ю.Н. Гордиенко, В.С. Гныря. Исследование влияния реакторного излучения на проникновение изотопов водорода сквозь никель. – Доклады междунар. конф. "Ядерная энергетика Республики Казахстан. ЯЭ-2008", 11-13 июня 2008 г., Курчатов, ИАЭ НЯЦ РК. с. 198-201.