Способ поглощения паров воды геттерным материалом - SU862814A3

Код документа: SU862814A3

Чертежи

Описание

Изобретение относится к способам поглощения воды геттерными соединениями и может быть использовано для изготовления геттерного блока тепловыделяющих элементов атомных реакторов . В процессе длительной эксплуатации атомного реактора внутри тепловыделяющего элемента (ТВЭЛа) выделяются пары воды, которые в дальнейшем могут разлагаться на кислород и водород . Выделение водорода способствует его соединению с цирконием, составля щим основной конструкционный материал (в чистом виде или в виде сплавов ) ТВЭЛа, при этом хрупкость метал ла -возрастает г что может привести к возникновению аварийной ситуации. Во избежание этого ТВЭЛы оснащают геттерным блоком, способным поглощать пары воды. Известен способ поглощения паров воды геттерным материалом, состоящим из полос, изготовленных на основе четырехкомпонентного сплава, содержащего Zr г Ni -и Ti 1 . Недостатком способа является слож ность изготовления геттерного материала и его малая эффективность по отношению к парам воды. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является способ поглощения паров воды .геттерным материалом на основе третичного сплава Zr-Ti-Ni под названием Хипаллой 2. Способ осуществляется путем контактирования паров воды с геттерным материалом-при парциальном давлении паров воды или смеси паров воды с гелием 0,1 - 100 мм рт. ст. и температуре 150-700 С, т.е. в условиях работы ТВЭЛа атомного реактора. Недостатком такого . способа является марая емкость по парам воды и преимущественное поглощение из паров кислорода, что приводит к возникновению водородной хрупкости конструкционных материалов ТВЭЛов. Цель изобретения - обеспечение равномерности извлечения кислорода и водорода в процессе поглощения паров воды для предотвращения хрупкости и ломкости материала оболочки ТВЭЛа. Это достигается способом поглощения паров воды геттерным материалом, в качестве которого используют бинарный сплав циркония и никеля сооТава Zr2Ni, включаюа1им их контактирование при парциальном цавлении паров воды или смеси паров воды с гелием в диапазоне Оj1-100 мм рт. ст. и температуре 150-70о С. Отличительным признаком способа является использование в кйчестве геттерного материала для поглощения паров воды бинарного сплава циркония и никеля состава , Технология способа состоит в следующем . Геттерный материал получают из чистого соединения путем его механического размола до размеров ме нее 60 мкм и последующего прессования порошка до получения пористой ко пактной массы при давлении 3000 8000 кг/см. Получившийся гёттерный блок помещают в поток аргона, насыщенный пара ми воды при 15°С до парциального дав ления 23-80 мм рт. ст и нагревают до в течение 10 мий, после че го блок охлаждают и измеряют содержа ние водорода, которое является мерой поглощения паров воды, известными ме тодами. 1 мг Zr2Ni поглощает в этих условиях около 0,5 см 5 водорода, что соответствует 5 вес.% воды. На фиг. 1 изображена схема специальной установки для измерения водосорбционных характеристик геттерны материалов. Установка состоит из замкнутой си темы 1, снабженной микровесами 2, ма нометрическим; датчиком 3 и газоанализатором 4, например газовым хроматографом или масс-спектрометром. Газоанализатор изолирован от системы клапаном 5. Система 1 соединена с ва куумным насосом клапаном б, а также оборудована клапаном 7. Вне системы 1находится нагреватель 8, который применяют для поддержания заданной температуры геттерного блока 9, Геттерный блок 9, приготовленный из порошка с размером частиц менее 60 мкм имеет цилиндрическую форму диаметром 8,1 мм, высотой 2,2 мм и весом 593 м Система снабжена также трубкой 10 с некоторым количеством вода 11. Трубк 10 окружает ванна 12 с льдоводяной смесью. Микровесы 2 имеют магнит 13 с обмотками 14, соединенными с индикаторным узлом 15, который преобразу ет величину тока в обмотках 14 в раз ность веса между геттерным блоком и стандартной навеской. Измерение водосорбционных характе ристик производят следующим образом. Пример. Воду 11 в трубке 10 замораживают при .помощи ванны с жидким азотом, при этом клапаны 6,7 открыты, а клапан 5 закрыт. Насосом 16 создают разрежение.в системе до 2 мм рт.ст,, затем клапаны 6, 7 закрывают, доводят воду до и помещают вокруг сосуда с водой ванну с ледяной смесью, при этом давление в системе поднимается до 4,579 мм рт. ст., что соответствует давлению варов воды при . Температуру наг ревателя 8 регулируют при этом таким образом, чтобы температура геттерного блока 9 поднялась до 150-700°С, преимущественно до 200-500 С, давление контролируют манометрическим датчиком 3 и на индикаторном узле 15 замеряют приращение веса геттерного блока 9. Величины давления и приращения веса служат характеристиками активности геттерного блока, которая представлена в графическом виде на фиг.2, где по оси абсцисс отложено увеличение веса в мг, по оси ординат общее давление в системе в мм рт. ст. Кривой 17 представлена характеристика предлагаемого геттерного материала . Ход кривой 17 показывает, что давление паров воды увеличивается от нулевого до слегка выше равновесного при и остается на этом уровне или вблизи негоДО тех пор, пока гёттерный блок 9 не получит приращение веса около 30 мг. С этого момента давление в системе возрастает выше теоретического, равного 4,579 мм рт.ст., которое указывает, что геттерное устройство больше не сможет поглощать весь водород из воды. Анализ газа в системе 1 газоана лизатором 4 указывает на присутствие водорода, а это подтверждает снижение водрсорбционной способности геттерного устройства. Пример 2. в условиях при- мера 1 проводят испытание водосорбционной способности геттерного материала на основе третичного сплава, содержащего, вес.%: никеля - 5,03, титана - 9,30 и циркония - 82,00 (остальное нерастворимые окислы циркония и титана). Геттерный блок готовят также из порошка размером менее 60 мкм, вес . блока составляет 568 мг. Кривой 18 представлена характеристика известного геттерного блока. Ход кривой 18 показывает, что дг вление в системе сразу поднимается- выше теоретического и все время остается выше этого значения (сегмент 19), что указывает на наличие в системе газа, отличного от паров воды. Анализ состава этой смеси в системе посредством газоанализатора 4 показывает , что этим газом является водород. Сравнение известного и предлагаемого способов по фиг. 2 позволяет сделать вывод, что эффективность поглощения паров воды без выделения водорода предлагаемым способом в 6 раз выше.

Таким образомг применение предлагаемого способа позволяет сорбировать пары воды при высоких температурах фаз вццеления из них водорода, что, очередь, создает возможность для уменьшения водородной хрупкости сте,нок ТВЭЛов атомных реакторов.

Формула изобретения

Способ Поглощения паров воды геттерным материалом, включающий их контактирование при парциальном давлении паров воды или смеси паров воды с гелием 0,1-100 мм рт.ст. и температуре 150-700С, отличающийся тем, что, с целью обеспечения равномерного извлечения кислорода и водорода в процессе поглощения паров воды для предотвращения хрупкости и ломки материала оболочки ТВЭЛа, в качестве геттерного материала используют бинарный сплав циркония и никеля состава .

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Патент ФРГ 2259570, кл. G 21 G 3/18, 1973.

2,Патент Великобритании

1370208, кл. G 621 С 3/18, 1974 (прототип).