ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ
ВАНТ. Серия: Ядерно-реакторные константы


Расширенное продолжение серии: Ядерные константы c 1971 года

РОЛЬ ВНЕШНЕЙ ДИФФУЗИИ ПРИ ОКИСЛЕНИИ КОНСТРУКЦИОННЫХ СТАЛЕЙ В ТЖМТ

Аннотация

С точки зрения химической кинетики и термодинамики рассмотрена система, включающая взаимодействие железа с кислородом, парциальное давление которого обеспечивается на уровне рабочего диапазона окислительного потенциала тяжелых жидкометаллических технологий (ТЖМТ). Взаимодействие конструкционных сталей с жидкими расплавами {Pb-Bi} или {Pb} исключено из анализа с целью упрощения системы и выявления влияния только одного фактора – парциального давления кислорода.

Проведенный анализ позволил сделать следующие выводы:

В начальный период пассивации конструкционных материалов в расплавах свинца или свинца-висмута фронт реакции окисления может располагаться в пределах внешнего диффузионного (жидкого) подслоя в относительном удалении от твердой поверхности.

Степень удаления фронта реакции от твердой поверхности в этот период определяется парциальным давлением кислорода или его концентрацией в расплаве.

Следствием удаления фронта реакции от твердой поверхности является превалирование объемной конденсации продуктов реакции (магнетита) над поверхностной конденсацией и формирование пористых покрытий большей толщины, но меньшей плотности. В предельном случае продукты реакции могут конденсироваться в дисперсные частицы, отводимые из диффузионного слоя во внешнюю среду (регулярные потери).

В неизотермических контурах реакторных установок с ТЖМТ всегда реализуются условия для массопереноса компонентов конструкционных материалов горячей зоны из стали в теплоноситель, поскольку остаточная (равновесная) активность железа при образовании магнетита составляет значительную величину (aFe≈10-2 ÷ 10-1). Это означает, что не все вышедшее из стали железо способно встраиваться в оксидную пленку. В пределе при перемещении фронта реакции на внешнюю границу оксидной пленки практически все железо может уходить в теплоноситель.

Представленный подход можно распространить на другие элементы, входящие в состав стали. Однако при этом зона реакции будет постепенно смещаться вглубь твердого материала, а суммарный процесс переходить под контроль диффузии кислорода в твердом материале.

Ключевые слова
жидкометаллические теплоносители, внешняя диффузия, конструкционные стали, окисление, термодинамика, неизотермические контуры, оксидные пленки, дисперсные частицы, концентрация кислорода, равновесная активность железа, потери, магнетит

Полная версия статьи (PDF)

Список литературы

УДК 621.039.534.6

Вопросы атомной науки и техники. Cер. Ядерно-реакторные константы, 2014, вып. 1, 1:8