Исследование в обоснование применения свинец-висмутовой эвтектики в качестве теплоносителя бланкета термоядерного реактора
До недавнего времени использовались прогнозы энергопотребления, основанные на прямой экстраполяции современных тенденций в будущее. Однако, как показывает мировой опыт, в высокоразвитых странах появляются факторы, ведущие к уменьшению удельного энергопотребления с асимптотическим выходом на постоянный уровень. На основании анализа тенденций развития мирового сообщества эксперты пришли… Читать ещё >
Содержание
- Перечень обозначений и сокращений
- Глава 1. Анализ возможности применения свинец-висмутовой эвтектики в качестве теплоносителя бланкета токамака. Аналитический обзор
- 1. 1. Физико-технические и теплофизические свойства свинец-висмутовой эвтектики
- 1. 2. Анализ применимости свинец-висмута в системе преобразования энергии бланкета термоядерного реактора
- 1. 3. Обзор литературных данных по магнитогидродинамическим характеристикам тяжелых жидкометаллических теплоносителей
- 1. 3. 1. МГД-течение в каналах.'
- 1. 3. 2. Экспериментальные и расчетные данные по снижению МГД-сопротивления
- 1. 3. 2. 1. Экспериментальное определение МГД-сопротивления на статическом стенде
- 1. 3. 2. 2. Экспериментальное определение МГД-сопротивления на циркуляционных стендах
- 1. 4. Влияние магнитного поля на характеристики контура и методы его снижения
- 1. 4. 1. Характеристика процессов, происходящих в жидкометаллическом контуре под действием магнитного поля
- 1. 4. 2. Методы снижения МГД-сопротивления
- 1. 4. 3. Расчетные оценки по снижению МГД потерь давления
- 1. 5. Постановка задач исследований
- 2. 1. Требования к электроизолирующим покрытиям
- 2. 2. Обзор вариантов защитных покрытий
- 2. 3. Обоснование применимости оксидных защитных покрытий в качестве электроизолирующих
- 2. 3. 1. Термодинамический анализ процессов взаимодействия в системе ЖМТ — конструкционные материалы — кислород. Роль кислорода в защитных и электроизолирующих покрытиях
- 2. 3. 2. Термодинамический анализ процессов взаимодействия в системе ЖМТ — конструкционные материалы — водород. Роль водорода как примеси для технологических обработок — очистки от кислорода
- 2. 3. 3. Термодинамический анализ процессов взаимодействия в системе ЖМТ — конструкционные материалы — углерод
- 2. 4. Выводы
- 3. 1. Источники примесей в контуре свинец-висмутового теплоносителя бланкета токамака
- 3. 2. Номенклатура и состояние примесей в контуре жидкометаллического теплоносителя системы преобразования энергии бланкета термоядерного реактора
- 3. 2. 1. Примеси, поступающие в контур до ввода в эксплуатацию
- 3. 2. 2. Источники примесей при нормальной эксплуатации контура
- 3. 2. 3. Примеси, поступающие в контур при ремонтных и других работах, требующих его разгерметизации
- 3. 3. Модель пристенного слоя в контуре свинец-висмутового теплоносителя
- 3. 3. 1. Конструкционный материал
- 3. 3. 2. Плотно сцепленное с конструкционным материалом покрытие (плёнка)
- 3. 3. 3. Рыхлый слой продуктов массопереноса дисперсных частиц и примесей
- 3. 3. 4. Газовая прослойка
- 3. 3. 5. Пристенный турбулентный пограничный слой, обогащенный дисперсными частицами примесей
- 3. 3. 6. Ядро потока
3.4 Экспериментальное исследование поверхностных характеристик в системе конструкционный материал -отложения примесей — оксидное покрытие — свинец-висмутовый теплоноситель — газ методом «лежащей» капли.
3.4.1 Постановка задач исследований.
3.4.2 Описание экспериментального стенда.
3.4.3 Методика проведения эксперимента.
3.4.3.1 Технология формирования оксидных покрытий на материале подложки.
3.4.3.2 Исходное состояние установки.
3.4.3.3 Формирование капли на подложке.
3.4.3.4 Режимы испытаний.
3.4.3.5 Методика определения краевого угла смачивания.
3.4.3.6 Методика определения поверхностного натяжения.
3.4.4 Обсуждение результатов испытаний.
3.4.4.1 Температурные зависимости исследуемых характеристик.
3.4.4.2 Влияние материала подложки.
3.4.4.3 Состав газовой атмосферы.
3.4.4.4 Продолжительность времени экспериментов.
3.4.5 Выводы.
3.5 Экспериментальное исследование характеристик пристенного слоя с применением ультразвукового излучения.
3.5.1 Цель проведения исследований.
3.5.2 Описание экспериментального стенда.
3.5.3 Программа экспериментальных исследований.
3.5.3.1 Исследование характеристик ультразвукового сигнала на неметаллических теплоносителях.
3.5.3.2 Исследование характеристик ультразвукового сигнала на свинец-висмутовом теплоносителе.
3.5.4 Методика проведения экспериментов.
3.5.5 Обсуждение результатов.
3.5.6 Выводы.
3.6 Выводы.
Глава 4. Экспериментальное исследование магнитогидродинамического сопротивления при движении потока свинец-висмутового теплоносителя в поперечном магнитном поле бланкета токамака.
4.1 Постановка задач исследований.
4.2 Описание экспериментального стенда ФТ-1М.
4.3 Методика экспериментов по определению МГД-сопротивления.
4.4 Методика обработки результатов.
4.5 Обсуждение результатов испытаний.
4.5.1 Исследование изменения состояния оксидных ЭИП в состоянии поставки под действием водорода, подаваемого в поток теплоносителя.
4.5.2 Формирование ЭИП вводом кислорода в газовый объем экспериментального контура.
4.5.3 Формирование ЭИП вводом кислорода в поток теплоносителя.
4.5.4 МГД-сопротивление электроизолированной трубы.
4.5.5 Формирование ЭИП на ванадиевой трубе.
4.5.6 Эксперименты с участками из стали 08Х18Н10Т.
4.5.7 Сравнение с результатами других авторов.
4.6 Материаловедческий анализ.
4.6.1 Методика проведения исследований.
4.6.2 Обсуждение результатов.
4.6.3 Выводы.
4.7 Оценка погрешностей экспериментов.
4.8 Выводы.
Глава 5. Экспериментальные исследования характеристик электроизолирующих покрытий на конструкционных материалах в свинец-висмутовом теплоносителе.
5.1 Постановка задач исследований.
5.2 Статические испытания.
5.2.1 Описание экспериментального стенда.
5.2.2 Программа-методика проведения эксперимента.
5.2.3 Обсуждение результатов.
5.2.3.1 Зависимость величины р5от температуры.
5.2.3.2 Зависимость параметра р8от времени выдержки образцов конструкционного материала в свинец-висмутовой эвтектике.
5.2.3.3 Вольтамперная характеристика системы «электрод — ЭИП -эвтектика Pb-Bi — ЭИП — электрод».
5.2.4 Выводы.
5.3 Испытания на циркуляционном стенде ФТ-1М.
5.3.1 Описание стенда.
5.3.2 Программа-методика проведения экспериментов.
5.3.3 Обсуждение результатов.
5.3.3.1 Исследование изменения состояния оксидных ЭИП в состоянии поставки под действием водорода, подаваемого в поток теплоносителя.
5.3.3.2 Формирование ЭИП вводом кислорода в газовый объем экспериментального контура.
5.3.3.3 Формирование ЭИП вводом кислорода в поток теплоносителя.
5.3.3.4 Формирование ЭИП на сплаве ванадия V-Ti-Cr.
5.3.3.5 Вольтамперная характеристика.
5.3.3.6 Влияние режима обтекания на р8.
5.3.4 Материаловедческий анализ.
5.3.4.1 Методика проведения исследований.
5.3.4.2 Обсуждение результатов.
5.3.4.3 Выводы.
5.3.5 Расчет погрешности экспериментов.
5.3.6 Выводы.
5.4 Расчет МГД-сопротивления для условий токамака.
5.5 Выводы.
Глава 6. Проработка вариантов системы преобразования энергии бланкета термоядерного реактора и режимов ее работы с учетом проведенных исследований.
6.1 Регулирование содержания кислорода в свинец-висмутовом теплоносителе.
6.2 Контроль процесса формирования и доформирования оксидных электроизолирующих покрытий.
Список литературы
- Беловодский Л.Ф., Гаевой В. К., Илькаев Р. П., Петрин С. П. О тритиевой опасности термоядерных установок. Вопросы атомной науки и техники. Сер. Термоядерный синтез, 1999, вып. 2, с. 3—9.
- Лоскутов Ф.М. Металлургия свинца. М.: Металлургия, 1965.
- Козин Л.Ф., Морачевский А. Г. Физико-химия и металлургия высокочистого свинца. -М.: Металлургия, 1991.
- Зайцев В.Я., Маргулис Е. В. Металлургия свинца и цинка. М.: Металлургия, 1985.
- Mark Winter, Department of Chemistry at the University of Sheffield, Sheffield S3 7HF, England, (http://www.shef.ac.uk/~chem/web-elements-I/Bi.html)
- Чиркин B.C. Теплофизические свойства материалов ядерной энергетики: Справочник. М.- Атомиздат, 1968.
- Чечеткин А.В. Высокотемпературные теплоносители. М.: Энергия, 1971.
- Михайлов В.Н., Евтихин В. А., Люблинский И. Е. и др. Литий в термоядерной и космической энергетике XXI века. М.: Энергоатомиздат, 1999.
- Глухих В. А., Тананаев А. В., Кириллов И. Р. Магнитная гидродинамика в ядерной энергетике. М.: Энергоатомиздат, 1987.
- Брановер Г. Г., Цинобер А. Б. Магнитная гидродинамика несжимаемых сред. -М.: Наука, 1970.
- Паповянц А.К., Мартынов П. Н., Орлов Ю. И. Экспериментальное исследование МГД-потерь давления при перекачке эвтектического сплава свинец-висмут в круглых трубах. ТЖМТ 1991, Обнинск, Сб. тез. с. 97 99.
- Велихов Е.П., Рютов В. Д., Чеверев Н. С. Основные результаты исследований по УТС и физике плазмы в Российской Федерации за период с июля 1993 г. по июль 1994 г. Вопросы атомной науки и техники. Сер. Термоядерный синтез, 1995, вып. 1 -2, с. 14.
- Евтихин В.А., Люблинский И. Е., Вертков А. В. и др. Разработка литиевого дивертора термоядерного реактора. Вопросы атомной науки и техники. Сер. Термоядерный синтез, 2001, вып. 2. с. 15—29.
- Бутов А.А. Экспериментальное и расчетное обоснование применения галлиевого теплоносителя в системе охлаждения дивертора токамака. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. -Н. Новгород: 2000.
- Захватов B.H. Экспериментальное и расчетное обоснование применения свинцового теплоносителя в системе охлаждения бланкета токамака. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. -Н. Новгород: 2001.
- Материаловедение жидкометаллических систем термоядерных реакторов/ Грязнов Г. М., Евтихин В. А., Завяльский Л. П. и др. М.: Энергоатомиздат, 1989.
- Шматко Б.Д., Русанов А. Е. Влияние примесей серебра, олова и сурьмы на окислительный потенциал теплоносителя свинец-висмут. Ж. Ядерная энергетика, № 3, 2000, с. 58 — 64.
- Громов Б.Ф., Ячменев Г. С., Русанов А. Е. Кислородное ингибитирование конструкционных материалов в расплавах эвтектики свинец-висмут и свинца. Ж. Ядерная энергетика, № 3, 1999, с. 87 — 94.
- Обоснование требований к электроизолирующим покрытиям в бл анкете с жидкометаллическим охлаждением: Отчет по НИР / Муравьев Е. В., Орлов В. В. Инв. № 40/5834. — ИАЭ, 1988.
- Зеликман А.Н., Коршунов Б. Г. Металлургия редких металлов. М., Металлургия, 1986.
- CRC Handbook of Tables for Applied Engineering Science, 2nd edition, edited by R. Bolz and G. Tuve, CRC Press (1973).
- Верятин У.Д., Мамиров В. П. и др. Термодинамические свойства неорганических веществ: Справочник. -М.: Атомиздат, 1965.
- Уикс К.Е. Термодинамические свойства 65 элементов, их окислов, карбидов и нитридов. 1965 г.
- Фромм Е., Гебхарт Е. Газы и углерод в металлах. М.: Металлургия, 1980.
- Ефимов Ю.В. Ванадий и его сплавы. М.: Наука, 1969.
- Тодт Ф. Коррозия и защита от коррозии. М., Металлургия, 1967.
- Исследование стойкости конструкционных материалов в свинцовом теплоносителе применительно к ядерным реакторам со свинцовым охлаждением: Отчет по НИР / Безносов А. В., Каратушина И. В., Обухов М. В, Шлокин Е. А., и др. ГПИ, Н. Новгород, 1992.
- Пинаев С.С. Научно-техническое обоснование и техническое применение свинца и свинец-висмутовой эвтектики в системе преобразования энергии бланкета термоядерного реактора. Магистерская диссертация. — НГТУ: 1999.
- Семенченко В.К., Поверхностные явления в металлах и сплавах, Гостехиздат, 1957.
- Кириллов П.Л., Богословская Г. П. Тепломассообмен в ядерных энергетических установках. М.: Энергоатомиздат, 2000.
- Кутателадзе С.С. Основы теории теплообмена. М.: Атомиздат, 1979.
- Вотинов С.Н., Дедюрин А. И., Иванов Л. И. и др. Ванадиевые сплавы как конструкционный материал термоядерных реакторов. Вопросы атомной науки и техники. Сер. Термоядерный синтез, 2000, вып. 2, с. 3 — 12.
- Безносов А.В., Ляхов И. Ю., Лыков С. В., Смирнов В. Н. Экспериментальные исследования электрофизических характеристик оксидных покрытий на сталях в жидких свинце и свинец-висмуте. -ТЖМТ 1991, Обнинск, Сб. тез. с. 92 94
- Гулевский В.А., Орлов Ю. И., Мартынов П. Н. Применение смесей водорода и водяного пара в технологии тяжелых теплоносителей. -ТЖМТ-98 Тезисы докладов конференции, с. 62.
- Таланчук П.М., Шматко Б. А., Заика Л. С., Цветкова О. Е. Полупроводниковые и твердоэлектролитные сенсоры К.: Техника, 1992.
- Св. на полезную модель № 14 315, Система преобразования энергии термоядерного реактора, Безносов А. В., Пинаев С. С., Захватов В. Н., Осетров А.С.
- Св. на полезную модель № 24 730, 2002. Устройство для отбора проб расплавленного металла. Безносов А. В., Пинаев С. С., Камнев М. А., Бокова Т.А.
- Св. на полезную модель № 24 748, 2002. Ядерная энергетическая установка. Безносов А. В., Пинаев С. С., Бокова Т. А., Назаров А.В.
- Безносов А.В., Кирьянов В. А., Захватов В. Н., Пинаев С. С., Бокова Т. А., Фисейский Н. Е. К вопросу о массопереносе паров свинцового теплоносителя в реакторе БРЕСТ-ОД-ЗОО. Ж. «Атомная энергия», 2001, т. 90, вып. 2, с. 12−17.
- Пинаев С.С. Экспериментальное исследование смачивания конструкционных материалов свинцовым и свинец-висмутовым теплоносителями. Конференция «Шестая нижегородская сессия молодых ученых», 2001, Сборник тезисов докладов, стр. 49.
- Анализ результатов испытаний устройств ввода газа в поток ТЖМТ (свинец): Отчет по НИР / Безносов А. В., Бокова Т. А., Пинаев С. С. и др. -НГТУ, 2000.
- Очистка межтвэльных зазоров имитаторов ТВС от оксидов свинцового теплоносителя применительно к реактору БРЕСТ-ОД-ЗОО на стенде ФТ-3104 НГТУ: Отчет по НИР / Безносов А. В., Пинаев С. С., Бокова Т. А., Серов В. Е. и др. НГТУ, 2000.