Авторы
Загорулько Ю.И., Ганичев Н.С., Коновалов М.А., Ильичева Н.С.
Организация
АО «Государственный научный центр Российской Федерации – Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского», Обнинск, Россия
Загорулько Ю.И. – ведущий научный сотрудник, кандидат технических наук. Контакты: 249033, Обнинск, Калужская обл., пл. Бондаренко, 1. Тел.: (484) 399-80-84; e-mail:
Ганичев Н.С. – начальник лаборатории.
Коновалов М.А. – младший научный сотрудник.
Ильичева Н.С. – старший научный сотрудник – физхимик, кандидат химических наук.
Аннотация
Основной проблемой моделирования процессов массопереноса
углерода в натриевых контурах реакторных установок на натриевых стендах
является различие в механизмах фазовых переходов в системе «натрий – углерод» в
зависимости от масштабного параметра установок, определяемого отношением
массового расхода натрия к единичной смоченной поверхности трубопроводов и
оборудования в зонах с отрицательным температурным градиентом.
При общей концентрации углерода в натрии 30 млн–1 в температурном интервале
400–550 °С система «натрий – углерод» является двухфазной, при этом доля
растворенного углерода в натрии составляет от 0,005 до 0,12. Остальная масса
углерода находится в натрии в виде дисперсной системы, транспортируемой потоком
теплоносителя. Эта система обладает седиментационной и концентрационной
устойчивостью при гидродинамических условиях, имеющих место в реакторных
установках.
Для экспериментальных установок характерны низкие значения масштабного параметра, что, при наличии источника
растворенного в натрии углерода в высокотемпературной зоне контура, приводит к
его преимущественной кристаллизации на стенках теплообменного оборудования.
Концентрация углерода в низкотемпературной зоне контура в основном определяется
частицами углерода, образующимися за счет гомогенного механизма кристаллизации
или эрозионного выноса из отложений. Таким образом, экспериментальные
исследования процессов науглероживания/обезуглероживания конструкционных
материалов в натрии в условиях неизотермического контура являются адекватными,
если на установке в зоне испытаний исследуемых материалов обеспечено
поддержание постоянного, контролируемого уровня термодинамической активности
углерода.
В статье представлены результаты исследований науглероживания аустенитных сталей
при высоких температурах в зависимости от уровней термодинамической активности
углерода в натрии. Показано, что аномальные или аварийные загрязнения
углеродсодержащими примесями способны вызвать существенное науглероживание
конструкционных материалов при 700–750°С, сохраняющееся при
низких уровнях активности углерода при дальнейшей нормальной эксплуатации.
Ключевые слова
быстрый реактор, массоперенос, углеродсодержащие примеси, натрий, источник углерода, активность углерода, взвешенная фаза, науглероживание, аустенитная сталь, равновесные образцы-стандарты, диффузионный датчик активности углерода
УДК 621.039.534.63
Вопросы атомной науки и техники. Cерия: Ядерно-реакторные константы, 2022, № 1, c. 182–188