ГЛАВА 2.
Результати моделювання процесів утворення лавоподібних паливовмісних матеріалів
та їх взаємодії з конструкційними матеріалами
2.1. Опис технологічного устаткування для проведення експериментів
З метою створення температурних умов при проведенні експериментальних
досліджень, що відповідають очікуваним умовам розвитку аварії, були розроблені
конструкції, виготовлені елементи та оснастка вакуумних графітових печей, що
дозволяють проводити експерименти в інтервалі температур від 800 до 3000 оС.
На рис. 2.1 представлена схема високотемпературної електропечі з графітовою
оснасткою і зовнішній вигляд вакуумної камери (рис 2.2), що дозволяє проводити
експерименти при температурах до 3000оС в умовах інертного середовища, низького
і глибокого вакууму, в атмосфері повітря, а також при заміні оснастки може бути
використана як прес гарячого пресування порошкоподібних матеріалів при
температурах до 1500оС.
Рис. 2.1. Схема високотемпературної електропечі.
1 - графітовий тигель, 2 - підставка з графіту, 3 - графітовий нагрівач, 4 -
багатосекційний графітовий екран, 5 - молібденові відбивачі, 6 – отвір для
вимірювання температури, 7 - рухомий мідний струмопідвід, 8 - нерухомий мідний
струмопідвід, 9 - графітові наконечники.
Досліджуваний зразок матеріалу розміщувався в графітовому чи танталовому тиглі
1 на графітовій підставці, симетрично розміщених відносно трубчастого
графітового нагрівача. Трубчастий графітовий нагрівач закрито графітовим
багатосекційним екраном з молібденовими відбивачами. В графітовому екрані та
нагрівачі були зроблені отвори, суміщені з вікном спостереження вакуумної
камери для реєстрації температури графітового тигля чи об’єкту дослідження
оптичним пірометром «Промінь».
Графітовий нагрівач для забезпечення надійного електроконтакту через графітові
наконечники 9 затиснутий між водоохолоджуваними мідними струмопідводами -
рухомим 7 та нерухомим 8. Розігрів трубчастого нагрівача печі забезпечується
від понижувального трансформатора ОСУ-100, а потужність, що споживається, і,
відповідно, температура печі регулюються тиристорним регулятором напруги
РН-650.
Рис. 2.2. Зовнішній вигляд установки високотемпературного відпалу
Розроблена піч із графітовим нагрівачем дозволила проводити експерименти по
виготовленню зразків з порошкоподібних матеріалів методом гарячого пресування,
вивчати їхню взаємодію при високих температурах, а при заміні оснащення -
проводити експерименти по дослідженню експресної взаємодії розплавлених
матеріалів із твердими речовинами, що знаходяться в зоні контрольованих
температур. Зокрема, замість штатного трубчастого нагрівача в печі розміщується
пристрій, схематично представлений на рис. 2.3. Два трубчастих графітових
нагрівачі 1 з'єднані між собою графітовою пробкою 2 для забезпечення надійного
електроконтакту, розміщення зразків і витікання розплаву через отвір.
Рис. 2.3. Пристрій для дослідження експресної взаємодії розплаву з твердими
матеріалами:
1 - графітовий нагрівач, 2 – перегородка графітового тигля, 3 - зразки, 4 –
пробка з діоксиду урану, 5- нижній тигель, 6 – матеріал взаємодії з розплавом,
7 – термопара
У верхній частині нагрівача над перегородкою 2 розташовують зразки 3 для
плавлення (макети твелів, тощо). Отвір у перегородці закрито матеріалом 4, що
має вищу температуру плавлення, ніж у досліджуваних матеріалів (наприклад,
діоксид урану). У порожнину нижнього тигля 5 нагрівача 1 поміщають
досліджуваний матеріал 6. Температура нижньої пробки нагрівача контролюється
термопарою 7.
При досягненні температури плавлення матеріали реагують між собою, наприклад,
діоксид урану - цирконій: корок з діоксиду урану 4 розчиняється і через отвір,
що відкрився, у перегородці 2 розплав миттєво попадає на об'єкт досліджень 6 у
нижньому тиглі 5.
Для проведення експериментів з імітації умов утворення лавоподібних
паливовмісних мас з використанням природних компонентів в низькому вакуумі
(~10-2 мм. рт. ст.), а також для дослідження впливу температурних умов на
сполуку і структуру лавоподібних паливовмісних мас, отриманих з вихідних
матеріалів, було розроблено високотемпературну піч із графітовим нагрівачем,
зовнішній вигляд якої представлений на рис. 2.4, 2.5.
Рис. 2.4
Зовнішній вигляд вакуумної установки
Рис. 2.5
Графітова високотемпературна піч (вид зверху)
Температура тигля з матеріалами вимірювалася оптичним пірометром «Промінь»
через оглядове вікно камери й отвір у багатосекційному екрані і розрізній
щілині нагрівача.
На рис. 2.6 представлена схема високотемпературної печі, яка складається з
наступних основних елементів: трубчастого розрізного графітового нагрівача 1, у
центральній частині якого розміщаються тиглі 2 з досліджуваними матеріалами.
Нагрівач закріплений на мідних струмопідводах 3 графітовими башмаками 4 і
закритий графітовим багатосекційним екраном 5.
Електроживлення печі здійснювалося від трансформатора ОСУ-40 і регулювалося від
тиристорного регулятора напруги РН-250/10.
Рис.2.6. Схема високотемпературної печі:
1- розрізний графітовий нагрівач, 2- тигель, 3- мідні струмовводи, 4-
графітовий башмак, 5- багатосекційний графітовий екран
На розроблених високотемпературних графітових печах проведено експерименти з
імітації одержання і вивчення взаємодії розплавлених елементів активної зони
реактора з матеріалами захисту активної зони в інтервалі температур (2000 -
2600) оС і синтезування ЛПВМ із використанням природних матеріалів і їхньої
термообробки в інтервалі температур (1400 - 1900) оС в атмосфері повітря і
вакуумі ~ 10-2 мм. рт. ст.
Дослідження проводилися в умовах низького (~ 1
- Київ+380960830922