www.wikidata.uk-ua.nina.az

Пароцирконієва реакція Ця стаття є сирим перекладом з іншої мови Можливо вона створена за допомогою машинного перекладу

Пароцирконієва реакція

Ця стаття є сирим перекладом з іншої мови. Можливо, вона створена за допомогою машинного перекладу або перекладачем, який недостатньо володіє обома мовами. Будь ласка, допоможіть поліпшити переклад. (січень 2020)

Пароцирко́нієва реа́кція — екзотермічна хімічна реакція між цирконієм і водяною парою, яка проходить при високих температурах. Зокрема, реакція може відбуватися в активній зоні ядерного реактора з водяним теплоносієм і/або сповільнювачем при її перегріванні в умовах контакту цирконієвих конструкційних елементів з водою.

Сплави цирконію є найбільш поширеним конструкційним матеріалом тепловидільних збірок, у вигляді яких використовується ядерне паливо в реакторах. У разі тяжкої аварії з порушенням відведення тепла паливо може розігрітися до великих температур за рахунок залишкового тепловиділення[en] зупиненого реактора. В активній зоні навіть некиплячих реакторів при цьому утворюється пара, яка по досягненні 861 °C вступає в реакцію з цирконієм. У результаті утворюється водень в кількості близько 0,491 літр на грам цирконію, що прореагував, і виділяється велика кількість тепла — 6530 кДж/кг.

Хід реакції ред.

Реакція проходить відповідно до рівняння:

де Q — теплота, що виділяється (6530 кДж/кг)

Реакція починається приблизно при 861 °C, а при 1200 °C починає розвиватися дуже швидко (оскільки теплота, що виділяється, додатково розігріває цирконій) і стає самопідтримуваною.

Для розрахунку пароцирконієвої реакції використовується інтегральна форма рівняння Бейкера—Джаста (стр. 37):

де:

Швидкість реакції істотно залежить від температури, кількості пари, що підводиться до поверхні реакції, і часу реакції. Причому в реальних умовах кількість пари, що підводиться, значно нижча, ніж розрахункова, оскільки підведення пари до поверхні утруднене. У реакції беруть участь лише близькі до поверхні шари пари, при цьому водень, що утворюється в результаті реакції, перешкоджає підведенню пари до поверхні. На поверхні утворюється плівка ZrO2, яка також гальмує реакцію.

Наслідки ред.

Крім виділення водню і тепла, реакція супроводжується покрихченням оболонок твелів і зменшенням її початкової товщини за рахунок окиснення цирконію. Приблизно за 10-12 хвилин після початку самопідтримуваної пароцирконієвої реакції оболонка твела окислюється на товщину 0,10-0,15 мм <! - 0,13 мм в літературі - це 0.005 дюйма, точність оцінна -> з розігрівом до температури її плавлення.

При експериментах вже на ранній стадії спостерігалася серйозна деформація твелів, при невеликому перевищенні температури плавлення цирконію в каналах теплоносія утворюються пробки (блокади).

Навіть при порівняно невеликій швидкості перебігу реакції кількість тепла, що виділилося, порівнянне з залишковим тепловиділенням зупиненого реактора, таким чином посилення нагріву палива в результаті реакції дуже суттєве.

В результаті вступу в реакцію більшої частини цирконію може утворюватися кількість водню, обчислювана тисячами кубометрів. Це надзвичайно небезпечно як з точки зору вибухо- і пожежонебезпеки, так і з точки зору утворення в контурі реакторної установки газових пухирів, які перешкоджають циркуляції теплоносія, що може посилити аварію через припинення теплознімання з палива.

Аварійні системи і аварії ред.

Виникнення пароцирконієвої реакції можливе лише при перегріві активної зони, це є загальним питанням безпеки реакторів. У разі ж виникнення такої важкої аварійної ситуації, існують системи безпеки.

Основним засобом недопущення утворення в контурі реакторної установки газових пухирів є системи аварійного парогазовидалення. На ТМІ-2 така система була відсутня, тому неконденсовані гази, що зібралися в різних частинах устаткування і в самому реакторі, переважно водень, перешкодили виникненню в контурі природної циркуляції після вимушеного вимкнення головних циркуляційних насосів, внаслідок чого аварія переросла у вкрай важку.

Іншою важливою системою безпеки, пасивною, є гермооболонка. У водо-водяних реакторів вона дуже великого розміру, десятки тисяч м³, тому досягти вибухонебезпечної концентрації при скиданні водню з реактора та іншого обладнання в ній вкрай важко. Під час аварії на ТМІ-2, наприклад, незважаючи на третину палива, що окислилося, в гермооболонці спостерігалися лише локальні загоряння водню, що не призвели до серйозних наслідків. В киплячих реакторах розмір гермооболонки істотно менший. Це пояснюється тим, що проблема основної аварії, на яку розраховуються гермооболонки - аварія з втратою теплоносія - вирішується в гермооболонках киплячих реакторів по-іншому, за допомогою об'ємного бака-барботера, куди скидається пара у разі аварії. У ранніх конструкціях контейнментів (Mark 1, Mark 2) киплячих реакторів для вирішення проблеми скупчення водню суха шахта реактора заповнюється інертним газом (наприклад, чистим азотом), у більш пізніх, починаючи з Mark 3 - оснащується системою допалювання водню. При аварії на АЕС Фукусіма постраждали енергоблоки з контейнментом типу Mark 1. Накопичення водню у вторинній гермооболонці призвело до вибуху в ній на енергоблоках 1 і 3. На енергоблоці 2 вибух стався в районі бака-барботера. На енергоблоці 4 вибух водню стався в районі басейну витримки палива.

Відомим нововведенням, призначеним для вирішення проблеми скупчення водню при важких аваріях, є каталітичні рекомбінатори водню (пасивна система безпеки). Їх можна встановлювати і на блоках, що вже працюють (на багатьох по всьому світу вони вже встановлені), в обов'язковий набір елементів вони входять в нових проектах. Рекомбінатори - невеликі пристрої, які в великій кількості встановлюються по всьому гермооб'єму і забезпечують зниження концентрації водню при аваріях з його виділенням. Рекомбінатори не потребують джерел енергії та команд на включення - при досягненні невеликої концентрації водню (0,5-1,0 %) процес його поглинання рекомбінаторами починається самовільно.

Примітки ред.

  1. ↑ Karl-Heinz Neeb. The radiochemistry of nuclear power plants with light water reactors. — Berlin, New York : Walter de Gruyter[en], 1997. — 733 с. — ISBN 3-11-013242-7.
  2. ↑ Самойлов О. Б., Усынин Г. Б., Бахметьев А. М. Безопасность ядерных энергетических установок. — Москва : Энергоатомиздат, 1989. — 280 с. — 5900 прим. — ISBN 5-283-03802-5.
  3. Safety and security of commercial spent nuclear fuel storage: public report. — Washington, D.C. : National Academies Press[en], 2006. — 75 с. — ISBN 0-309-16519-9.
  4. Louis Baker, Jr. and Louis C. Just (May 1962). . Argonne National Laboratory. Архів оригіналу за 9 січня 2016. 
  5. Libmann J. Elements of nuclear safety. — France : Les Éditions de Physique[en], 1996. — 543 с. — ISBN 2-86883-286-5.
  6. J. Samuel Walker. Three Mile Island: A Nuclear Crisis in Historical Perspective. — Berkeley and Los Angeles : University of California Press, 2004. — С. 305. — ISBN 0-520-24683-7.
  7. George A. Greene. Heat transfer in nuclear reactor safety. — San Diego : Academic Press, 1997. — С. 357. — ISBN 0-12-020029-5.
  8. Jan Beyea, Frank Von Hippel. Containment of a reactor meltdown // Bulletin of the Atomic Scientists[en]. — 1982. — Vol. 38, no. 7. — P. 52—59. — ISSN 0096-3402. з джерела 22 серпня 2014. Процитовано.
  9. Saito T., Yamashita J., Ishiwatari Y., Oka. Y. Advances in Light Water Reactor Technologies. — New York, Dordrecht, Heidelberg, London : Springer, 2011. — 295 с. — ISBN 978-1-4419-7100-5.
  10. Келлер В. Д. Пассивные каталитические рекомбинаторы водорода для атомных электростанций // Теплоэнергетика (журнал). — 2007. — № 3. — С. 65—68. — ISSN 0040-3636. з джерела 6 квітня 2019. Процитовано.
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри
Дата публікації:
Cya stattya ye sirim perekladom z inshoyi movi Mozhlivo vona stvorena za dopomogoyu mashinnogo perekladu abo perekladachem yakij nedostatno volodiye oboma movami Bud laska dopomozhit polipshiti pereklad sichen 2020 Parocirko niyeva rea kciya ekzotermichna himichna reakciya mizh cirkoniyem i vodyanoyu paroyu yaka prohodit pri visokih temperaturah Zokrema reakciya mozhe vidbuvatisya v aktivnij zoni yadernogo reaktora z vodyanim teplonosiyem i abo spovilnyuvachem pri yiyi peregrivanni 1 v umovah kontaktu cirkoniyevih konstrukcijnih elementiv z vodoyu Splavi cirkoniyu ye najbilsh poshirenim konstrukcijnim materialom teplovidilnih zbirok u viglyadi yakih vikoristovuyetsya yaderne palivo v reaktorah U razi tyazhkoyi avariyi z porushennyam vidvedennya tepla palivo mozhe rozigritisya do velikih temperatur za rahunok zalishkovogo teplovidilennya en zupinenogo reaktora V aktivnij zoni navit nekiplyachih reaktoriv pri comu utvoryuyetsya para yaka po dosyagnenni 861 C vstupaye v reakciyu z cirkoniyem U rezultati utvoryuyetsya voden v kilkosti blizko 0 491 litr na gram cirkoniyu sho proreaguvav i vidilyayetsya velika kilkist tepla 6530 kDzh kg 2 Zmist 1 Hid reakciyi 2 Naslidki 3 Avarijni sistemi i avariyi 4 PrimitkiHid reakciyi red Reakciya prohodit vidpovidno do rivnyannya Zr 2H2O ZrO2 2H2 Q de Q teplota sho vidilyayetsya 6530 kDzh kg Reakciya pochinayetsya priblizno pri 861 C a pri 1200 C pochinaye rozvivatisya duzhe shvidko oskilki teplota sho vidilyayetsya dodatkovo rozigrivaye cirkonij i staye samopidtrimuvanoyu 1 2 3 Dlya rozrahunku parocirkoniyevoyi reakciyi vikoristovuyetsya integralna forma rivnyannya Bejkera Dzhasta 4 str 37 W 2 3 33 10 7 t exp 45500 R T displaystyle W 2 3 33 cdot 10 7 cdot t cdot exp 45500 RT nbsp mg sm2 de W M S displaystyle W M S nbsp vidnoshennya masi cirkoniyu sho vstupiv u reakciyu mg do ploshi poverhni reakciyi sm2 t displaystyle t nbsp chas c T displaystyle T nbsp temperatura poverhni reakciyi K R 1 987 displaystyle R 1 987 nbsp kal mol K universalna gazova stala Shvidkist reakciyi istotno zalezhit vid temperaturi kilkosti pari sho pidvoditsya do poverhni reakciyi i chasu reakciyi Prichomu v realnih umovah kilkist pari sho pidvoditsya znachno nizhcha nizh rozrahunkova oskilki pidvedennya pari do poverhni utrudnene U reakciyi berut uchast lishe blizki do poverhni shari pari pri comu voden sho utvoryuyetsya v rezultati reakciyi pereshkodzhaye pidvedennyu pari do poverhni Na poverhni utvoryuyetsya plivka ZrO2 yaka takozh galmuye reakciyu 2 Naslidki red Krim vidilennya vodnyu i tepla reakciya suprovodzhuyetsya pokrihchennyam obolonok tveliv i zmenshennyam yiyi pochatkovoyi tovshini za rahunok okisnennya cirkoniyu Priblizno za 10 12 hvilin pislya pochatku samopidtrimuvanoyi parocirkoniyevoyi reakciyi obolonka tvela okislyuyetsya na tovshinu 0 10 0 15 mm lt 0 13 mm v literaturi ce 0 005 dyujma tochnist ocinna gt z rozigrivom do temperaturi yiyi plavlennya Pri eksperimentah vzhe na rannij stadiyi sposterigalasya serjozna deformaciya tveliv pri nevelikomu perevishenni temperaturi plavlennya cirkoniyu v kanalah teplonosiya utvoryuyutsya probki blokadi Navit pri porivnyano nevelikij shvidkosti perebigu reakciyi kilkist tepla sho vidililosya porivnyanne z zalishkovim teplovidilennyam zupinenogo reaktora takim chinom posilennya nagrivu paliva v rezultati reakciyi duzhe suttyeve 2 V rezultati vstupu v reakciyu bilshoyi chastini cirkoniyu mozhe utvoryuvatisya kilkist vodnyu obchislyuvana tisyachami kubometriv Ce nadzvichajno nebezpechno yak z tochki zoru vibuho i pozhezhonebezpeki tak i z tochki zoru utvorennya v konturi reaktornoyi ustanovki gazovih puhiriv yaki pereshkodzhayut cirkulyaciyi teplonosiya sho mozhe posiliti avariyu cherez pripinennya teploznimannya z paliva 5 Avarijni sistemi i avariyi red Viniknennya parocirkoniyevoyi reakciyi mozhlive lishe pri peregrivi aktivnoyi zoni ce ye zagalnim pitannyam bezpeki reaktoriv U razi zh viniknennya takoyi vazhkoyi avarijnoyi situaciyi isnuyut sistemi bezpeki Osnovnim zasobom nedopushennya utvorennya v konturi reaktornoyi ustanovki gazovih puhiriv ye sistemi avarijnogo parogazovidalennya Na TMI 2 taka sistema bula vidsutnya tomu nekondensovani gazi sho zibralisya v riznih chastinah ustatkuvannya i v samomu reaktori perevazhno voden pereshkodili viniknennyu v konturi prirodnoyi cirkulyaciyi pislya vimushenogo vimknennya golovnih cirkulyacijnih nasosiv vnaslidok chogo avariya pererosla u vkraj vazhku 6 Inshoyu vazhlivoyu sistemoyu bezpeki pasivnoyu ye germoobolonka U vodo vodyanih reaktoriv vona duzhe velikogo rozmiru desyatki tisyach m tomu dosyagti vibuhonebezpechnoyi koncentraciyi pri skidanni vodnyu z reaktora ta inshogo obladnannya v nij vkraj vazhko Pid chas avariyi na TMI 2 napriklad nezvazhayuchi na tretinu paliva sho okislilosya v germoobolonci sposterigalisya lishe lokalni zagoryannya vodnyu sho ne prizveli do serjoznih naslidkiv V kiplyachih reaktorah rozmir germoobolonki istotno menshij Ce poyasnyuyetsya tim sho problema osnovnoyi avariyi na yaku rozrahovuyutsya germoobolonki avariya z vtratoyu teplonosiya virishuyetsya v germoobolonkah kiplyachih reaktoriv po inshomu za dopomogoyu ob yemnogo baka barbotera kudi skidayetsya para u razi avariyi U rannih konstrukciyah kontejnmentiv Mark 1 Mark 2 kiplyachih reaktoriv dlya virishennya problemi skupchennya vodnyu suha shahta reaktora zapovnyuyetsya inertnim gazom napriklad chistim azotom u bilsh piznih pochinayuchi z Mark 3 osnashuyetsya sistemoyu dopalyuvannya vodnyu 7 8 Pri avariyi na AES Fukusima postrazhdali energobloki z kontejnmentom tipu Mark 1 Nakopichennya vodnyu u vtorinnij germoobolonci prizvelo do vibuhu v nij na energoblokah 1 i 3 Na energobloci 2 vibuh stavsya v rajoni baka barbotera Na energobloci 4 vibuh vodnyu stavsya v rajoni basejnu vitrimki paliva Vidomim novovvedennyam priznachenim dlya virishennya problemi skupchennya vodnyu pri vazhkih avariyah ye katalitichni rekombinatori vodnyu pasivna sistema bezpeki Yih mozhna vstanovlyuvati i na blokah sho vzhe pracyuyut na bagatoh po vsomu svitu voni vzhe vstanovleni v obov yazkovij nabir elementiv voni vhodyat v novih proektah Rekombinatori neveliki pristroyi yaki v velikij kilkosti vstanovlyuyutsya po vsomu germoob yemu i zabezpechuyut znizhennya koncentraciyi vodnyu pri avariyah z jogo vidilennyam Rekombinatori ne potrebuyut dzherel energiyi ta komand na vklyuchennya pri dosyagnenni nevelikoyi koncentraciyi vodnyu 0 5 1 0 proces jogo poglinannya rekombinatorami pochinayetsya samovilno 9 10 Primitki red a b Karl Heinz Neeb The radiochemistry of nuclear power plants with light water reactors Berlin New York Walter de Gruyter en 1997 733 s ISBN 3 11 013242 7 a b v g Samojlov O B Usynin G B Bahmetev A M Bezopasnost yadernyh energeticheskih ustanovok Moskva Energoatomizdat 1989 280 s 5900 prim ISBN 5 283 03802 5 Safety and security of commercial spent nuclear fuel storage public report Washington D C National Academies Press en 2006 75 s ISBN 0 309 16519 9 Louis Baker Jr and Louis C Just May 1962 Studies of metal water reascions at high temperature III Experimental and theoretical studies of the zirconium water reactions Argonne National Laboratory Arhiv originalu za 9 sichnya 2016 Libmann J Elements of nuclear safety France Les Editions de Physique en 1996 543 s ISBN 2 86883 286 5 J Samuel Walker Three Mile Island A Nuclear Crisis in Historical Perspective Berkeley and Los Angeles University of California Press 2004 S 305 ISBN 0 520 24683 7 George A Greene Heat transfer in nuclear reactor safety San Diego Academic Press 1997 S 357 ISBN 0 12 020029 5 Jan Beyea Frank Von Hippel Containment of a reactor meltdown Bulletin of the Atomic Scientists en 1982 Vol 38 no 7 P 52 59 ISSN 0096 3402 Arhivovano z dzherela 22 serpnya 2014 Procitovano Saito T Yamashita J Ishiwatari Y Oka Y Advances in Light Water Reactor Technologies New York Dordrecht Heidelberg London Springer 2011 295 s ISBN 978 1 4419 7100 5 Keller V D Passivnye kataliticheskie rekombinatory vodoroda dlya atomnyh elektrostancij Teploenergetika zhurnal 2007 3 S 65 68 ISSN 0040 3636 Arhivovano z dzherela 6 kvitnya 2019 Procitovano Otrimano z https uk wikipedia org w index php title Parocirkoniyeva reakciya amp oldid 40812905