RU2551375C1 - Fixing oxide material for plates of sacrificial material of localisation device of reactor active core melt - Google Patents
Fixing oxide material for plates of sacrificial material of localisation device of reactor active core melt Download PDFInfo
- Publication number
- RU2551375C1 RU2551375C1 RU2014102317/07A RU2014102317A RU2551375C1 RU 2551375 C1 RU2551375 C1 RU 2551375C1 RU 2014102317/07 A RU2014102317/07 A RU 2014102317/07A RU 2014102317 A RU2014102317 A RU 2014102317A RU 2551375 C1 RU2551375 C1 RU 2551375C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fixing
- plates
- core melt
- sacrificial material
- oxide
- Prior art date
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 126
- 230000004807 localization Effects 0.000 title description 10
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 34
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 239000011575 calcium Substances 0.000 claims abstract description 10
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims description 11
- ULGYAEQHFNJYML-UHFFFAOYSA-N [AlH3].[Ca] Chemical compound [AlH3].[Ca] ULGYAEQHFNJYML-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 41
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N Alumina Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 15
- 238000002844 melting Methods 0.000 abstract description 15
- 230000008018 melting Effects 0.000 abstract description 15
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 14
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 abstract description 13
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 abstract description 13
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 12
- 238000004880 explosion Methods 0.000 abstract description 11
- 239000008187 granular material Substances 0.000 abstract description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 abstract description 2
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 14
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 14
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 12
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 11
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical group [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 8
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 8
- 238000013461 design Methods 0.000 description 8
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 7
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000011398 Portland cement Substances 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- -1 calcium aluminates Chemical class 0.000 description 5
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 5
- 150000004677 hydrates Chemical class 0.000 description 5
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 5
- XFWJKVMFIVXPKK-UHFFFAOYSA-N calcium;oxido(oxo)alumane Chemical compound [Ca+2].[O-][Al]=O.[O-][Al]=O XFWJKVMFIVXPKK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 4
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 4
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 3
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 3
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 3
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010431 corundum Substances 0.000 description 3
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 229910052602 gypsum Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010440 gypsum Substances 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 3
- NDLPOXTZKUMGOV-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoferriooxy)iron hydrate Chemical compound O.O=[Fe]O[Fe]=O NDLPOXTZKUMGOV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052770 Uranium Inorganic materials 0.000 description 2
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 description 2
- 150000004645 aluminates Chemical class 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000004992 fission Effects 0.000 description 2
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 2
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- DNYWZCXLKNTFFI-UHFFFAOYSA-N uranium Chemical compound [U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U] DNYWZCXLKNTFFI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910017135 Fe—O Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021193 La 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- RGKMZNDDOBAZGW-UHFFFAOYSA-N aluminum calcium Chemical group [Al].[Ca] RGKMZNDDOBAZGW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 1
- 235000011116 calcium hydroxide Nutrition 0.000 description 1
- ZQNPDAVSHFGLIQ-UHFFFAOYSA-N calcium;hydrate Chemical class O.[Ca] ZQNPDAVSHFGLIQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000032798 delamination Effects 0.000 description 1
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 1
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 231100001261 hazardous Toxicity 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000003779 heat-resistant material Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002386 leaching Methods 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 239000008204 material by function Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 230000002285 radioactive effect Effects 0.000 description 1
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 1
- 238000004626 scanning electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 238000013517 stratification Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Landscapes
- Structure Of Emergency Protection For Nuclear Reactors (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к устройствам для улавливания разрушенной активной зоны ядерного реактора, к средствам предотвращения пожаров и накопления взрывчатых газов, а также к фиксирующим материалам, конкретно - к теплостойким материалам, обладающим высокими адгезионными свойствами и низким содержанием воды, и предназначено, в основном, для применения в устройствах локализации расплава активной зоны ядерных реакторов.The invention relates to devices for trapping the destroyed core of a nuclear reactor, to means for preventing fires and the accumulation of explosive gases, as well as to fixing materials, specifically to heat-resistant materials with high adhesive properties and low water content, and is intended mainly for use in devices for localization of the melt in the core of nuclear reactors.
Для повышения безопасности атомных электростанций широкое развитие получают пассивные системы безопасности, не требующие в процессе борьбы с аварией питания от внешних источников энергии и участия оператора. Одной из таких систем являются устройства локализации расплава активной зоны ядерного реактора (далее УЛР), содержащие материалы, обеспечивающие удержание и охлаждение расплава активной зоны в пространстве УЛР. В современной ядерной энергетике наибольшее применение получили реакторы водо-водяного типа (ВВЭР) [1]. Основную опасность при аварии на таких реакторах, сопровождающихся плавлением активной зоны, представляет выход расплава активной зоны за пределы корпуса реактора в реакторное пространство. При таком развитии аварии неминуемо образование водорода из-за взаимодействия активных восстановителей, содержащихся в расплаве активной зоны (в основном, урана и циркония), с парами воды, содержащимися в реакторном пространстве (1). Количество водорода будет тем больше, чем большее воды содержится в атмосфере реакторного пространства и элементах УЛР. Наличие водорода очень опасно из-за возможного протекания реакции окисления его кислородом, сопровождающейся взрывом (2):To increase the safety of nuclear power plants, passive safety systems are widely developed that do not require external power sources and operator participation in the process of dealing with an accident. One of such systems is the device for localization of the melt of the active zone of a nuclear reactor (hereinafter referred to as the HRM), containing materials that ensure the retention and cooling of the molten core in the space of the HRM. In modern nuclear energy, the most widely used are water-to-water reactors (WWER) [1]. The main danger in an accident at such reactors, accompanied by core melting, is the exit of the core melt outside the reactor vessel into the reactor space. With this development of the accident, hydrogen formation is inevitable due to the interaction of active reducing agents contained in the core melt (mainly uranium and zirconium) with water vapor contained in the reactor space (1). The amount of hydrogen will be the greater, the more water is contained in the atmosphere of the reactor space and the elements of the HRM. The presence of hydrogen is very dangerous due to the possible occurrence of its oxidation by oxygen, accompanied by an explosion (2):
Устройство локализации расплава устанавливают в подреакторном пространстве ядерного реактора под его активной зоной. Оно представляет собой теплозащитную металлическую конструкцию, в которой размещены блоки так называемого жертвенного материала [2]. Жертвенный материал является основным функциональным элементом УЛР, обеспечивающим:The melt localization device is installed in the subreactor space of a nuclear reactor under its core. It is a heat-shielding metal structure in which blocks of the so-called sacrificial material are placed [2]. Sacrificial material is the main functional element of the HRM, providing:
- интенсивное химическое взаимодействие с оксидной частью расплава активной зоны, эффективное охлаждение расплава активной зоны и понижение плотности оксидной части расплава до ее инверсии с металлической частью расплава;- intensive chemical interaction with the oxide part of the core melt, effective cooling of the core melt and lowering the density of the oxide part of the melt until it is inverted with the metal part of the melt;
- интенсивное химическое взаимодействие с металлической частью расплава активной зоны, уменьшение образования газообразного водорода путем окисления наиболее активных восстановителей, входящих в ее состав и участвующих в образовании водорода при взаимодействии с парами воды;- intensive chemical interaction with the metal part of the core melt, a decrease in the formation of gaseous hydrogen by oxidation of the most active reducing agents that are part of it and are involved in the formation of hydrogen during interaction with water vapor;
- разбавление тепловыделяющего расплава, содержащего делящиеся материалы, с уменьшением плотности энерговыделения от продуктов деления и обеспечением ядерной подкритичности системы;- dilution of the heat-generating melt containing fissile materials, with a decrease in the density of energy released from fission products and ensuring nuclear subcriticality of the system;
- отсутствие равновесного или гравитационного расслоения расплава;- lack of equilibrium or gravitational stratification of the melt;
- снижение выделения газов, паров и аэрозолей, опасных радиоактивных компонентов;- reduction in the release of gases, vapors and aerosols, hazardous radioactive components;
- стабильность существования образующегося после локализации расплава твердого тела в течение длительного промежутка времени;- the stability of the existence of a solid formed after melt localization over a long period of time;
- низкие скорости выщелачивания продуктов деления из закристаллизованного тела.- low leaching rate of fission products from the crystallized body.
Наиболее эффективные в настоящее время жертвенные материалы содержат оксиды железа, алюминия и целевые добавки, например SrO, Gd2O3, La2O3 [3, 4]. Жертвенные материалы находятся в УЛР в виде пластин, расположенных в кассетах в нижней части УЛР, а также в виде гранул, засыпанных в пристеночном пространстве корпуса УЛР [2, 5]. Опыт эксплуатации ядерных реакторов показал, что для повышения безопасности и надежности локализации расплава активной зоны в условиях запроектной аварии УЛР кроме жертвенных материалов должен включать неметаллические материалы, выполняющие дополнительные функции.The most effective sacrificial materials at present contain iron and aluminum oxides and target additives, for example, SrO, Gd 2 O 3 , La 2 O 3 [3, 4]. Sacrificial materials are in the HRM in the form of plates located in cassettes in the lower part of the HRM, as well as in the form of granules filled in the wall space of the body of the HRM [2, 5]. The experience of operating nuclear reactors has shown that in order to increase the safety and reliability of localization of the core melt in a beyond design basis accident, the HRM should include non-metallic materials that perform additional functions in addition to sacrificial materials.
В частности, для надежного функционирования УЛР необходимо, чтобы пластины и/или гранулы жертвенного материала были надежно закреплены в кассетах, между собой и с элементами конструкции УЛР. Такая схема закрепления необходима для обеспечения равномерного взаимодействия жертвенного материала с расплавом активной зоны. В связи с чем в качестве функционального материала, обеспечивающего фиксацию пластин жертвенного материала между собой и с элементов конструкции УЛР, целесообразно использовать оксидные материалы:In particular, for the reliable functioning of the HRM, it is necessary that the plates and / or granules of the sacrificial material are securely fixed in the cassettes, between themselves and with the structural elements of the HRM. Such a fixing scheme is necessary to ensure uniform interaction of the sacrificial material with the core melt. In this connection, it is advisable to use oxide materials as a functional material that ensures the fixation of the plates of the sacrificial material between themselves and from the structural elements of the HRM:
- обладающие температурой начала плавления выше, чем температура начала активного взаимодействия жертвенного материалы с расплавом активной зоны;- having a melting onset temperature higher than the temperature of the onset of active interaction of the sacrificial material with the core melt;
- обладающие высокими адгезионными свойствами;- possessing high adhesive properties;
- не включающие компоненты, вступающие в химическое взаимодействие с компонентами расплава активной зоны в условиях запроектной аварии;- not including components that enter into chemical interaction with the components of the core melt in a beyond design basis accident;
- обеспечивающие минимальное выделение воды, которое по времени выхода из материала будет разделено с выходом кислорода из жертвенного материала.- providing the minimum release of water, which by the time of exit from the material will be divided with the release of oxygen from the sacrificial material.
Поясним эти требования к фиксирующему материалу.Let us explain these requirements for the fixing material.
Момент контакта, а также все время взаимодействия пластин жертвенного материала с расплавом активной зоны характерен высокими механическими нагрузками на сами пластины и кассеты, в которых они расположены. В случае недостаточной прочности удерживания пластин жертвенного материала в блоках кассет в момент разрушения последних возможен отрыв пластин и распределение их в объеме расплава активной зоны. В этом случае также вероятен сценарий всплытия пластин жертвенного материала над расплавом активной зоны, что приведет к резкому уменьшению эффективности выполнения жертвенным материалом своих функций.The moment of contact, as well as the entire time the plates of the sacrificial material interact with the core melt, are characterized by high mechanical loads on the plates and cassettes in which they are located. In the case of insufficient holding strength of the plates of the sacrificial material in the blocks of the cassettes at the time of destruction of the latter, tearing off of the plates and their distribution in the core melt volume are possible. In this case, a scenario of surfacing of the sacrificial material plates above the core melt is also likely, which will lead to a sharp decrease in the efficiency of the sacrifice material performing its functions.
В состав жертвенного материала входит Fe2O3, который при температуре, приблизительно равной 1400°C, будет разлагаться с выделением кислорода:The composition of the sacrificial material includes Fe 2 O 3 , which at a temperature of approximately equal to 1400 ° C, will decompose with the release of oxygen:
Выделяющийся кислород представляет опасность как компонент реакции окисления водорода (1). Поэтому необходимо, чтобы процессы выделения воды из используемых материалов и, следовательно, вследствие реакции (2), выделение водорода были значительно разделены по времени с процессом разложения оксида железа и выделением кислорода.The oxygen released is dangerous as a component of the hydrogen oxidation reaction (1). Therefore, it is necessary that the processes of water evolution from the materials used and, therefore, due to reaction (2), hydrogen evolution are significantly separated in time with the decomposition of iron oxide and oxygen evolution.
Учитывая область применения этого фиксирующего материала, в его состав не должны входить компоненты, отсутствующие в составе системы расплава активной зоны (U-Z-Fe-O). Это необходимо для уменьшения вариантности расплава, образующегося при взаимодействии расплава активной зоны с жертвенным материалом, так как при этом резко возрастает сложность прогнозирования ее поведения из-за добавления новых компонентов.Given the scope of this fixing material, it should not include components that are not present in the core melt system (U-Z-Fe-O). This is necessary to reduce the variability of the melt formed during the interaction of the core melt with the sacrificial material, since this greatly increases the complexity of predicting its behavior due to the addition of new components.
Для закрепления пластин жертвенного материала в [6] был предложен цемент. Он разработан специально для применения в устройстве локализации расплава активной зоны ядерного реактора и выполнен из порошка оксида железа и вяжущего вещества - портландцемента. Его содержание, масс.%: тонкодисперсный оксид трехвалентного железа - 40-60, гипс - 0,8-2,0, портландцементный клинкер - остальное. В этом цементе сочетаются свойства, обеспечивающие прочное скрепление керамических элементов между собой и с металлическими элементами ловушки в прочную монолитную конструкцию.To fix the plates of the sacrificial material, cement was proposed in [6]. It is specially designed for use in a device for localization of a core melt in a nuclear reactor and is made of iron oxide powder and a binder - Portland cement. Its content, wt.%: Fine ferric oxide - 40-60, gypsum - 0.8-2.0, Portland cement clinker - the rest. This cement combines properties that provide a strong bond of ceramic elements to each other and with the metal elements of the trap in a solid monolithic structure.
Указанный цемент выбран прототипом настоящего изобретения - по назначению и основному изобретательскому замыслу. Он состоит из легкодоступных дешевых материалов и имеет достаточные вяжущие свойства. Однако современный уровень понимания процесса работы УЛР показал, что некоторые характеристики этого цемента недостаточны для эффективной и безопасной работы УЛР, а именно:The specified cement is selected as a prototype of the present invention - according to the purpose and main inventive concept. It consists of readily available cheap materials and has sufficient astringent properties. However, the current level of understanding of the OHRM process has shown that some characteristics of this cement are insufficient for the effective and safe operation of OHRM, namely:
- в его состав входит большое количество воды, из-за этого велико количество водорода, выделяющегося в реакторное пространство в результате реакции окисления парами воды активных восстановителей (1). Большое количество водорода резко повышает вероятность взрыва в реакторном пространстве из-за реакции окисления водорода кислородом воздуха (2) с большим выделением тепла.- it contains a large amount of water; because of this, the amount of hydrogen released into the reactor space as a result of the oxidation reaction of active reducing agents with water vapor is large (1). A large amount of hydrogen sharply increases the likelihood of an explosion in the reactor space due to the reaction of hydrogen oxidation with atmospheric oxygen (2) with a large heat release.
- он содержит оксид железа (Fe2O3), который разлагается при температуре приблизительно равной 1400°C, с образованием кислорода (3), так как в местах контакта расплава активной зоны с материалами реакторного пространства температура порядка 2000-2500°C. Выделяющийся кислород увеличивает давление в реакторном пространстве, но, главное, также повышает вероятность взрыва по реакции (2). В прототипе при взаимодействии с расплавом активной зоны будут происходить процессы жидкофазного горения [7] содержащихся в расплаве активной зоны активных восстановителей (в основном, урана и циркония) по реакции (4):- it contains iron oxide (Fe 2 O 3 ), which decomposes at a temperature of approximately equal to 1400 ° C, with the formation of oxygen (3), since at the contact points of the core melt with the materials of the reactor space the temperature is about 2000-2500 ° C. The oxygen released increases the pressure in the reactor space, but, most importantly, also increases the likelihood of an explosion by reaction (2). In the prototype, when interacting with the core melt, the processes of liquid-phase combustion [7] of active reducing agents contained in the core melt (mainly uranium and zirconium) will occur according to reaction (4):
В связи с этим цемент-прототип будет разрушаться и не сможет выполнять функции фиксации жертвенных материалов:In this regard, the cement prototype will collapse and will not be able to perform the functions of fixing sacrificial materials:
- он обладает низкой температурой плавления (1430°C). Известно, что для подобных фиксирующих материалов разрушение происходит при температуре, близкой к температуре начала плавления (1460°C). Для выполнения своей основной функции - фиксации пластин жертвенного материала необходимо, чтобы температура разрушения фиксирующего материала была выше, чем температура начала взаимодействия пластин жертвенного материала с расплавом активной зоны (1775°C). Температура разрушения цемента-прототипа (1460°C) оказывается существенно ниже. Поэтому разрушение фиксирующего слоя произойдет раньше, чем жертвенный материал выполнит свою функцию - взаимодействия с расплавом активной зоны;- it has a low melting point (1430 ° C). It is known that for such fixing materials, destruction occurs at a temperature close to the temperature of the onset of melting (1460 ° C). To perform its main function of fixing the plates of the sacrificial material, it is necessary that the fracture temperature of the fixing material be higher than the temperature at which the interaction of the plates of the sacrificial material with the core melt (1775 ° C) begins. The destruction temperature of the cement prototype (1460 ° C) is significantly lower. Therefore, the destruction of the fixing layer will occur before the sacrificial material fulfills its function - interaction with the core melt;
- он содержит большое количество оксида кремния (один из основных компонентов портландцемента, используемого в прототипе). При высоком содержании оксида кремния может возникнуть вероятность расслаивания расплава. Вышеприведенный анализ показал:- it contains a large amount of silicon oxide (one of the main components of Portland cement used in the prototype). With a high content of silicon oxide, a probability of delamination of the melt may occur. The above analysis showed:
- для уменьшения количества выделяющегося в реакторное пространство водорода, а значит, и вероятности водородного взрыва (реакция 2) надо сократить количество воды, выделяющейся в реакторное пространство из используемых в УЛР фиксирующих неметаллических материалов;- to reduce the amount of hydrogen released into the reactor space, and therefore the probability of a hydrogen explosion (reaction 2), it is necessary to reduce the amount of water released into the reactor space from the fixing non-metallic materials used in the HRM;
- для повышения надежности сцепления элементов УЛР надо существенно повысить температуру плавления фиксирующего материала;- to increase the reliability of adhesion of the elements of the HRM, it is necessary to significantly increase the melting temperature of the fixing material;
- состав фиксирующего материала не должен содержать компонентов, химически взаимодействующих с расплавом активной зоны, сопровождающихся выделением газов, аэрозолей, летучих веществ.- the composition of the fixing material should not contain components chemically interacting with the core melt, accompanied by the release of gases, aerosols, volatile substances.
Для повышения эффективности и взрывобезопасности работы УЛР аварийного ядерного реактора желательно уменьшить количество выделяющейся воды в реакторное пространство из материалов УЛР, повысить надежность скрепления пластин жертвенного материала друг с другом и с элементами УЛР. Поскольку прототип - фиксирующий цемент - один из основных элементов, выделяющих воду, целесообразно заменить его другим материалом, решающим эти проблемы.To increase the efficiency and explosion safety of the HRM of an emergency nuclear reactor, it is desirable to reduce the amount of released water into the reactor space from the materials of the HRM, to increase the reliability of fastening the plates of the sacrificial material to each other and to the HRM elements. Since the prototype - fixing cement - is one of the main elements that emit water, it is advisable to replace it with another material that solves these problems.
Задача изобретения - повысить надежность и взрывобезопасность ядерного реактора путем создания фиксирующего материала для сцепления пластин и гранул жертвенного материала устройства локализации расплава активной зоны ядерного реактора с меньшим содержанием воды и более высокой температурой плавления - при сохранении фиксирующих свойств.The objective of the invention is to increase the reliability and explosion safety of a nuclear reactor by creating a fixing material for adhesion of the plates and granules of the sacrificial material of the device for localization of the core melt of a nuclear reactor with a lower water content and higher melting temperature - while retaining the fixing properties.
Прототип-цемент [6] включает в качестве вяжущего - портландцементный клинкер, в качестве заполнителя - тонкодисперсный оксид трехвалентного железа и гипс при следующем соотношении компонентов, масс.%: оксид трехвалентного железа - 40-60, гипс - 0,8-2,0, портландцементный клинкер - остальное, вода - 20-25% (сверх 100%). В результате экспериментального определения количества воды установлено, что оно соответствует значениям 25-30%. Содержание воды в прототипе слишком велико, его температура начала плавления (1430°C) слишком мала, поэтому данные характеристики надо улучшить для повышения надежности и взрывобезопасности УЛР и реактора.The prototype cement [6] includes Portland cement clinker as a binder, finely dispersed ferric oxide and gypsum as a filler in the following ratio of components, wt.%: Ferric oxide - 40-60, gypsum - 0.8-2.0 Portland cement clinker - the rest, water - 20-25% (over 100%). As a result of experimental determination of the amount of water, it was found that it corresponds to 25-30%. The water content in the prototype is too high, its melting onset temperature (1430 ° C) is too low, so these characteristics need to be improved to increase the reliability and explosion safety of the ULR and the reactor.
Поставленная техническая задача - создание фиксирующего материала с меньшим содержанием воды, более высокой температурой плавления и высокими адгезионными свойствами решена тем, что создан новый фиксирующий оксидный материал для скрепления пластин и/или гранул жертвенного материала ловушки расплава активной зоны ядерного реактора между собой и с элементами конструкции УЛР, содержащий высокодисперсный оксид алюминия и алюмокальциевую смесь, состоящую из моно- и диалюмината кальция в соотношении, масс.%: высокодисперсный оксид алюминия 25-84, алюмокальциевая смесь 16-75, при этом весовое отношение моно- и диалюмината кальция в алюмокальциевой смеси в пределах от 1:4 до 1:5.The stated technical problem - the creation of a fixing material with a lower water content, a higher melting point and high adhesive properties, was solved by the fact that a new fixing oxide material was created for bonding the plates and / or granules of the sacrificial material of the core melt trap of the nuclear reactor core with each other and with structural elements HRM, containing finely dispersed alumina and a calcium-aluminum mixture consisting of calcium mono- and dialuminate in the ratio, wt.%: Finely dispersed alumina I 25-84, the calcium-aluminum mixture 16-75, while the weight ratio of calcium mono- and dialuminate in the calcium-aluminum mixture in the range from 1: 4 to 1: 5.
Необходимость фазового состава фиксирующего оксидного материала (Al2O3, CaAl2O4, CaAl4O7) определяется требованиями, предъявляемыми к нему по минимизации количества выделяемой воды, достижению высокой температуры плавления, обеспечению высоких адгезионных свойств.The need for the phase composition of the fixing oxide material (Al 2 O 3 , CaAl 2 O 4 , CaAl 4 O 7 ) is determined by the requirements for minimizing the amount of released water, achieving a high melting point, and ensuring high adhesion properties.
Известно, что количество воды, требуемое для образования кристаллогидратов в ряду алюминатов кальция CaAl2O4, CaAl4O7, уменьшается с увеличением молярной массы. При этом не уменьшается прочность сцепления с пластинами жертвенного материала, и обеспечиваются высокие адгезионные свойства. Фазовый состав оксидной смеси (Al2O3, CaAl2O4, CaAl4O7) и массовое содержание каждой фазы подобраны так, чтобы, минимизировав количество воды, обеспечить высокие температуру плавления и адгезионные свойства для удерживания связи пластин и гранул друг с другом и с элементами УЛР.It is known that the amount of water required for the formation of crystalline hydrates in the series of calcium aluminates CaAl 2 O 4 , CaAl 4 O 7 decreases with increasing molar mass. In this case, the adhesion strength to the plates of the sacrificial material does not decrease, and high adhesive properties are ensured. The phase composition of the oxide mixture (Al 2 O 3 , CaAl 2 O 4 , CaAl 4 O 7 ) and the mass content of each phase are selected so that, by minimizing the amount of water, provide a high melting point and adhesive properties to keep the plates and granules in contact with each other and with elements of HRM.
Заявленный материал требует существенно меньшего количества воды для образования кристаллогидратов и формирования композиции с пластинами жертвенного материала, чем прототип. В условиях аварии количество воды (а значит, и водорода, см. реакцию (1)), поступившее в реакторное пространство от разработанного материала, будет значительно меньше, чем от цемента-прототипа.The claimed material requires significantly less water to form crystalline hydrates and form a composition with plates of sacrificial material than the prototype. In an accident, the amount of water (and hence hydrogen, see reaction (1)) received in the reactor space from the developed material will be significantly less than from the cement-prototype.
Применение в материале высокодисперсного оксида алюминия усиливает связующие свойства кристаллогидратов алюмината и диалюмината кальция, что позволило уменьшить количество воды, добавляемое к оксидной смеси, без потери прочности связывания пластинам жертвенного материала между собой.The use of finely dispersed aluminum oxide in the material enhances the binding properties of crystalline hydrates of aluminate and calcium dialuminate, which made it possible to reduce the amount of water added to the oxide mixture without loss of bond strength between the sacrificial material plates.
Предложенный материал можно изготовить, например, из высокодисперсных гранул оксида алюминия (табл.1), диалюмината и алюмината кальция (табл.2).The proposed material can be made, for example, from fine granules of aluminum oxide (table 1), dialuminate and calcium aluminate (table 2).
В качестве высокодисперсного оксида алюминия можно, например, использовать вибромолотый корунд.As finely divided alumina, for example, vibro-ground corundum can be used.
Вибромолотый корунд можно изготовить, например, следующим образом: крупнодисперсный оксид алюминия подают на помол в вибромельницу, например, М-400. Мелющие тела - шары из шарикоподшипниковой стали ШХ-6 или ШХ-9. Взвешивание материала производят, например, на электронных весах СВП-50. Помол производят до получения материала с остатком на сетке №005 не более 2%. Продолжительность помола ориентировочно не менее 30 минут до достижения требуемого зернового состава. Полученный вибромолотый корунд выгружают в деревянные ящики с полиэтиленовым вкладышем и транспортируют к месту приготовления фиксирующего оксидного материала.Vibro-ground corundum can be made, for example, as follows: coarse alumina is fed to a grinding mill, for example, M-400. Grinding bodies - balls made of ball-bearing steel ШХ-6 or ШХ-9. Material weighing is carried out, for example, on an SVP-50 electronic balance. Grinding is carried out to obtain material with a residue on mesh No. 005 of not more than 2%. The grinding time is approximately at least 30 minutes until the desired grain composition is achieved. The obtained vibrated ground corundum is discharged into wooden boxes with a polyethylene liner and transported to the place of preparation of the fixing oxide material.
Фиксирующий оксидный материал изготовляют следующим способом: отмеряют высокодисперсный оксид алюминия, алюминат и диалюминат кальция в необходимых соотношениях. Затем смешивают исходные материалы, например, в смесителе Т-500. Полученную массу выгружают в тару и направляют на место приготовления композиции с пластинами жертвенного материала.The fixing oxide material is produced in the following way: finely dispersed aluminum oxide, aluminate and calcium dialuminate are measured in the required proportions. Then the starting materials are mixed, for example, in a T-500 mixer. The resulting mass is unloaded in a container and sent to the place of preparation of the composition with the plates of the sacrificial material.
Естественно, компоненты и материал можно изготовить и другими способами.Naturally, components and material can be made in other ways.
Фиксирование пластин жертвенного материала при помощи заявленного фиксирующего оксидного материала заключается в следующем: отмеряют фиксирующий материал и воду в соотношении: фиксирующий материал - 100%, вода - 20% (сверх 100%). Затем заливают в растворосмеситель 2/3 отмеренного количества воды, включают перемешивающее устройство, засыпают в растворосмеситель всю отмеренную фиксирующую оксидную смесь. После этого заливают в растворо-смеситель оставшуюся воду при постоянном перемешивании. Время перемешивания 10-15 минут. Далее полученную массу разгружают в технологическую тару и доставляют на сборку и монтаж конструкции УЛР.The fixation of the plates of the sacrificial material using the declared fixing oxide material is as follows: measure the fixing material and water in the ratio: fixing material - 100%, water - 20% (over 100%). Then, 2/3 of the measured amount of water is poured into the mortar mixer, the mixing device is turned on, and the whole measured fixing oxide mixture is poured into the mortar mixer. After that, the remaining water is poured into the mortar-mixer with constant stirring. Mixing time 10-15 minutes. Next, the resulting mass is unloaded in a technological container and delivered to the assembly and installation of the construction of the ULR.
В таблице 3 представлены результаты измерений характеристик изготовленных образцов фиксирующего оксидного материала с разным содержанием высокодисперсного оксида алюминия и разным составом алюмокальциевой смеси (температура начала/конца плавления, количество добавляемой воды, время фиксации пластин жертвенного материала). Для сравнения последняя строка таблицы - соответствующие характеристики прототипа.Table 3 presents the results of measurements of the characteristics of the manufactured samples of fixing oxide material with different contents of finely dispersed aluminum oxide and different composition of the aluminum-calcium mixture (the temperature of the beginning / end of melting, the amount of added water, the fixation time of the plates of the sacrificial material). For comparison, the last row of the table is the corresponding characteristics of the prototype.
Для подтверждения высоких адгезионных свойств полученного оксидного материала проведено исследование границы контакта фиксирующего оксидного материала (более темная область) с пластиной жертвенного материала (более светлая область) методом сканирующей электронной микроскопии на аншлифе композиции. Микрофотография границы контакта приведена на рис.1. Полученные результаты показывают наличие четкой, сплошной границы между пластиной жертвенного материала и фиксирующим оксидным материалом. Граница лишена каких-либо разрывов, что показывает прочное сцепление пластин с оксидной смесью, что подтверждает высокие адгезионные способности полученного материала.To confirm the high adhesive properties of the obtained oxide material, the contact boundary of the fixing oxide material (darker region) with the plate of the sacrificial material (lighter region) was studied by scanning electron microscopy on the section of the composition. A micrograph of the contact boundary is shown in Fig. 1. The results show a clear, solid boundary between the plate of the sacrificial material and the fixing oxide material. The border is devoid of any gaps, which shows a strong adhesion of the plates with the oxide mixture, which confirms the high adhesive ability of the obtained material.
Составы 1 и 6 вне заявленной области.Compounds 1 and 6 are outside the declared area.
Состав 6 фиксирующего оксидного материала имеет недостаточную адгезионную способность (не способен надежно зафиксировать пластины жертвенного материала друг с другом и с элементами УЛР). Сравнительные испытания показали, что высокие адгезионные свойства фиксирующего оксидного материала теряются при содержании алюмокальциевой смеси 12,5% и менее (состав 6 в табл.3).The composition 6 of the fixing oxide material has insufficient adhesive ability (it is not able to reliably fix the plates of the sacrificial material with each other and with elements of HRM). Comparative tests showed that the high adhesive properties of the fixing oxide material are lost when the content of calcium-aluminum mixture is 12.5% or less (composition 6 in table 3).
Количество высокодисперсного оксида алюминия должно быть не менее 25%, что, как было установлено экспериментально, является минимальной концентрацией, при которой этот оксид в фиксирующем оксидном материале начинает усиливать связующее свойства кристаллогидратов алюминатов кальция, что способствует значительному уменьшению количества добавляемой воды, требуемого для создания надежно скрепленной композиции с пластинами жертвенного материала. При меньшем содержании высокодисперсного оксида алюминия повышается необходимое количество добавляемой воды (состав 1). При содержании высокодисперсного оксида алюминия выше 87,5% (состав 6) происходит уменьшение адгезионных свойств фиксирующего оксидного материала из-за одновременного понижения количества алюминатов кальция и снижения плотности упаковки частиц в формируемом при добавлении воды материале. Алюминаты кальция не могут создать прочный связующий каркас из кристаллогидратов.The amount of finely dispersed aluminum oxide should be at least 25%, which was experimentally established to be the minimum concentration at which this oxide in the fixing oxide material begins to enhance the binding properties of crystalline hydrates of calcium aluminates, which contributes to a significant reduction in the amount of added water required to create a reliable bonded composition with plates of sacrificial material. With a lower content of finely dispersed alumina, the required amount of added water increases (composition 1). When the content of finely dispersed alumina is higher than 87.5% (composition 6), the adhesive properties of the fixing oxide material decrease due to a simultaneous decrease in the amount of calcium aluminates and a decrease in the packing density of particles in the material formed by adding water. Calcium aluminates cannot create a strong crystalline hydrate binder.
Основное место использования фиксирующего оксидного материала в УЛР - крепление пластин жертвенного материала между собой и с элементами конструкции УЛР.The main place of use of fixing oxide material in the HRM is the fastening of the plates of the sacrificial material between themselves and with the structural elements of the HRM.
Заявленный оксидный фиксирующий материал имеет существенно большую термостойкость по сравнению с прототипом. Его Tсолидус - в пределах 1750-1850°C, Tликвидус - в пределах 1840-2000°C, а у прототипа Tсолидус равна 1430°C, Tликвидус равна 1540°C.The claimed oxide fixing material has significantly greater heat resistance compared to the prototype. Its T solidus is in the range of 1750-1850 ° C, T liquidus is in the range of 1840-2000 ° C, and in the prototype T, solidus is equal to 1430 ° C, T liquidus is equal to 1540 ° C.
Разрушение фиксирующего материала, скрепляющего пластины жертвенного материала между собой и с элементами УЛР, в условиях запроектной аварии, в отличие от прототипа, произойдет не раньше, чем жертвенный материал начнет выполнять свои функции. Таким образом, использование фиксирующей оксидной смеси в качестве материала крепления пластин жертвенного материала обеспечит более прочную локализацию блоков жертвенного материала в УЛР, тем самым более надежную работу УЛР.The destruction of the fixing material, holding the plates of the sacrificial material together and with the elements of the HRM, in a beyond design basis accident, unlike the prototype, will not happen before the sacrificial material begins to fulfill its functions. Thus, the use of a fixing oxide mixture as a material for fastening the plates of the sacrificial material will provide a stronger localization of the blocks of the sacrificial material in the HRM, thereby more reliable operation of the HRM.
Существенен также факт, что кислородный потенциал заявленного фиксирующего материала меньше, чем у цемента-прототипа, поскольку в нем нет компонентов, способных разлагаться с выделением летучих форм, в том числе кислорода, в отличие от прототипа, в котором присутствует Fe2O3, который при температуре, приблизительно равной 1400°C, разлагается с выделением кислорода по реакции (3). Это повышает взрывобезопасность УЛР и реактора в целом.It is also significant that the oxygen potential of the claimed fixing material is less than that of the cement-prototype, because it does not have components that can decompose with the release of volatile forms, including oxygen, in contrast to the prototype, in which Fe 2 O 3 is present, which at a temperature of approximately 1400 ° C, it decomposes with the release of oxygen by reaction (3). This increases the explosion safety of the HRM and the reactor as a whole.
Состав фиксирующего оксидного материала исключает процесс жидкофазного горения при взаимодействии ее с расплавом активной зоны - в нем нет компонентов, способных проявлять окислительные свойства в условиях запроектной аварии. Это предотвращает разрушение фиксирующего оксидного материала, а следовательно, и разрушение композиции с пластинами жертвенного материала.The composition of the fixing oxide material excludes the liquid-phase combustion process when it interacts with the core melt - it does not have components capable of exhibiting oxidizing properties in a beyond design basis accident. This prevents the destruction of the fixing oxide material and, consequently, the destruction of the composition with the plates of the sacrificial material.
Существенно меньшее содержание воды в фиксирующем оксидном материале по сравнению с прототипом (16-20% против 25-30%) заметно повышает эффективность и надежность работы УЛР при запроектной аварии, что подробно пояснено выше.Significantly lower water content in the fixing oxide material compared to the prototype (16-20% versus 25-30%) significantly increases the efficiency and reliability of the HRM during a beyond design basis accident, which is explained in detail above.
Проведенные исследования по изучению поведения фиксирующего оксидного материала при нагревании показали, что выделение воды происходит в интервале температур 60-300°C в две стадии: максимальная скорость первой стадии наблюдается при температуре, равной 100°C, что соответствует выделению физически сорбированной воды; максимальная скорость второй стадии наблюдается температуре, равной 270°C, что соответствует разложению кристаллогидратов кальция и выделению химически связанной воды. Этот факт означает, что взаимодействие выделившейся воды с активными восстановителями, содержащимися в расплаве активной зоны, сопровождаемое выделением водорода (реакция (1) будет значительно разделено по времени с процессом выделения кислорода из жертвенных материалов, происходящих при температуре, приблизительно равной 1400°C, вследствие разложения Fe2O3 по реакции (3). Следовательно, вероятность протекания реакции (2), сопровождающейся взрывом, значительно снижается.Studies on the behavior of the fixing oxide material during heating showed that water is released in the temperature range of 60-300 ° C in two stages: the maximum speed of the first stage is observed at a temperature of 100 ° C, which corresponds to the release of physically sorbed water; the maximum speed of the second stage is observed at a temperature of 270 ° C, which corresponds to the decomposition of crystalline calcium hydrates and the release of chemically bound water. This fact means that the interaction of the released water with active reducing agents contained in the core melt, accompanied by the evolution of hydrogen (reaction (1) will be significantly separated in time with the process of oxygen evolution from the sacrificial materials occurring at a temperature of approximately 1400 ° C, due to decomposition of Fe 2 O 3 by reaction (3) Therefore, the probability of reaction (2), accompanied by an explosion, is significantly reduced.
Все компоненты фиксирующего материала в условиях тяжелой аварии химически не взаимодействуют с расплавом активной зоны. В нем нет компонентов, способных разлагаться с выделением веществ, повышающих давление паров в реакторном пространстве. Одновременно с этим Al2O3, содержащийся в фиксирующем материале, является хорошим хладоагентом, поглощающим тепло при своем плавлении, то есть он снижает температуру расплава активной зоны и охлаждает систему. Тем самым, фиксирующий материал частично выполняет функции жертвенного материала.All components of the fixing material in a severe accident do not chemically interact with the core melt. There are no components that can decompose with the release of substances that increase the vapor pressure in the reactor space. At the same time, Al 2 O 3 contained in the fixing material is a good refrigerant that absorbs heat during its melting, that is, it lowers the core melt temperature and cools the system. Thus, the fixing material partially functions as a sacrificial material.
Применение в фиксирующем оксидном материале высокодисперсного оксида алюминия позволило значительно сократить его водопотребление за счет открытого авторами эффекта - усиления связующих свойств кристаллогидратов моноалюмината и диалюмината кальция при добавлении к ним высокодисперсного оксида алюминия. Это обеспечивает, как показали эксперименты (рис.1), прочное скрепление пластин жертвенного материала между собой и в блоках УЛР.The use of finely dispersed alumina in the fixing oxide material significantly reduced its water consumption due to the effect discovered by the authors, namely, an increase in the binding properties of crystalline hydrates of monoaluminate and calcium dialuminate when finely dispersed alumina was added to them. This ensures, as experiments have shown (Fig. 1), that the plates of the sacrificial material are firmly bonded to each other and in the blocks of HRM.
Приведенные выше результаты экспериментальной проверки параметров фиксирующего оксидного материала показывают, что задача изобретения решена. Фиксирующий оксидный материал для пластин жертвенного материала УЛР содержит значительно меньше воды, имеет более высокую температуру плавления, чем прототип, высокие адгезионные свойства. При использовании заявленного оксидного материала в УЛР значительно снижается вероятность взрыва по реакции (2). Другие важные свойства фиксирующего материала, в том числе время фиксации пластин жертвенного материала, не ухудшились.The above results of experimental verification of the parameters of the fixing oxide material show that the problem of the invention has been solved. The fixing oxide material for the plates of the sacrificial material ULR contains significantly less water, has a higher melting point than the prototype, and high adhesive properties. When using the claimed oxide material in the HRM, the probability of an explosion by reaction (2) is significantly reduced. Other important properties of the fixing material, including the fixation time of the plates of the sacrificial material, did not deteriorate.
Применение фиксирующего оксидного материала для скрепления пластин жертвенного материала в конструкции устройства локализации расплава активной зоны ядерного реактора повысит эффективность его работы, что повысит надежность защиты окружающей среды при запроектной аварии ядерного реактора.The use of fixing oxide material for fastening the plates of the sacrificial material in the design of the device for localizing the melt of the active zone of a nuclear reactor will increase its efficiency, which will increase the reliability of environmental protection during a beyond design basis accident of a nuclear reactor.
Проверить вышеназванные достоинства фиксирующего оксидного материала невозможно в условиях реальной ядерной аварии, но опыт эксплуатации ядерных реакторов в мире и активное непрерывное изучение деталей процессов известных запроектных аварий (авария на четвертом блоке Чернобыльской АЭС СССР в 1986 г., авария на 1, 2 и 3 блоках АЭС Фукусима-1, Япония в 2011 г.) позволяет утверждать, что предлагаемое решение вносит заметный вклад в повышение безопасности эксплуатации ядерных реакторов.It is impossible to verify the above advantages of fixing oxide material in a real nuclear accident, but the experience of operating nuclear reactors in the world and the active continuous study of the details of the processes of known beyond design basis accidents (accident at the fourth unit of the USSR Chernobyl NPP in 1986, accident at units 1, 2 and 3 Fukushima-1 NPP, Japan in 2011) allows us to state that the proposed solution makes a significant contribution to improving the operational safety of nuclear reactors.
Технический результат изобретения - разработан новый состав фиксирующего оксидного материала для скрепления пластин и гранул жертвенного материала УЛР с малым содержанием воды, высокой температурой плавления и высокой адгезионной способностью. Результат достигнут новым фазовым и дисперсным составом фиксирующего оксидного материала, а также теоретическим и экспериментальным выбором оптимальных соотношений компонентов фиксирующего оксидного материала.The technical result of the invention is the development of a new composition of a fixing oxide material for bonding plates and granules of a sacrificial material for HRM with a low water content, high melting point and high adhesive ability. The result was achieved by a new phase and dispersed composition of the fixing oxide material, as well as a theoretical and experimental selection of the optimal ratios of the components of the fixing oxide material.
Фиксирующий оксидный материал не был известен авторам из доступных источников информации.Fixing oxide material was not known to the authors from available sources of information.
Техническое решение не вытекает явным образом из современного уровня техники и не очевидно для специалиста.The technical solution does not follow explicitly from the current level of technology and is not obvious to a specialist.
Таким образом, заявленное техническое решение удовлетворяет всем критериям, предъявляемым к изобретениям, - неизвестно из уровня техники, не вытекает явным образом из известного уровня техники и может быть изготовлено известными в настоящее время материалами и технологиями.Thus, the claimed technical solution satisfies all the criteria for inventions, it is not known from the prior art, it does not follow explicitly from the prior art and can be manufactured by materials and technologies currently known.
Источники информацииInformation sources
1. Angelo J.A. Nuclear technology. - USA: Greenwood Press, 2004.1. Angelo J.A. Nuclear technology. - USA: Greenwood Press, 2004.
2. Гусаров В.В., Альмяшев В.И., Хабенский В.Б., Бешта С.В., Грановский B.C. Новый класс функциональных материалов для устройства локализации расплава активной зоны ядерного реактора // Российский химический журнал, 2005, Т.49, N 4. С.42-53.2. Gusarov V.V., Almyashev V.I., Khabensky V.B., Beshta S.V., Granovsky B.C. A new class of functional materials for the device for localization of the melt of the active zone of a nuclear reactor // Russian Chemical Journal, 2005, T.49, N 4. P.42-53.
3. Патент РФ №2178924, опубликовано 27.01.2002.3. RF patent No. 2178924, published January 27, 2002.
4. Патент РФ №2206930, опубликовано 20.06.2003.4. RF patent No. 2206930, published on 06/20/2003.
5. Патент РФ №2253914, опубликовано 10.06.2005.5. RF patent No. 2253914, published June 10, 2005.
6. Патент РФ №2215340, опубликовано 27.10.2003 - прототип.6. RF patent No. 2215340, published October 27, 2003 - prototype.
7. Гусаров В.В., Альмяшев В.И. и др. Физико-химическое моделирование горения материалов с суммарным эндотермическим эффектом // Физика и химия стекла. 2007. Т. 33. №5. С.678-685.7. Gusarov V.V., Almyashev V.I. and other Physico-chemical modeling of the combustion of materials with a total endothermic effect // Physics and chemistry of glass. 2007.V. 33. No. 5. S.678-685.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014102317/07A RU2551375C1 (en) | 2014-01-24 | 2014-01-24 | Fixing oxide material for plates of sacrificial material of localisation device of reactor active core melt |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014102317/07A RU2551375C1 (en) | 2014-01-24 | 2014-01-24 | Fixing oxide material for plates of sacrificial material of localisation device of reactor active core melt |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2551375C1 true RU2551375C1 (en) | 2015-05-20 |
Family
ID=53294402
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014102317/07A RU2551375C1 (en) | 2014-01-24 | 2014-01-24 | Fixing oxide material for plates of sacrificial material of localisation device of reactor active core melt |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2551375C1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4442065A (en) * | 1980-12-01 | 1984-04-10 | R & D Associates | Retrofittable nuclear reactor core catcher |
| DE19638989A1 (en) * | 1996-09-23 | 1998-04-02 | Siemens Ag | Collecting device for absorbing high temperature melt |
| RU2206930C1 (en) * | 2002-04-02 | 2003-06-20 | Открытое акционерное общество "Боровичский комбинат огнеупоров" | Method for producing ceramic materials incorporating ferric oxide, alumina, and silicon dioxide for nuclear-reactor molten core trap |
| RU2215340C2 (en) * | 2002-01-08 | 2003-10-27 | Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет) | Cement for nuclear reactor molten core catcher |
-
2014
- 2014-01-24 RU RU2014102317/07A patent/RU2551375C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4442065A (en) * | 1980-12-01 | 1984-04-10 | R & D Associates | Retrofittable nuclear reactor core catcher |
| DE19638989A1 (en) * | 1996-09-23 | 1998-04-02 | Siemens Ag | Collecting device for absorbing high temperature melt |
| RU2215340C2 (en) * | 2002-01-08 | 2003-10-27 | Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет) | Cement for nuclear reactor molten core catcher |
| RU2206930C1 (en) * | 2002-04-02 | 2003-06-20 | Открытое акционерное общество "Боровичский комбинат огнеупоров" | Method for producing ceramic materials incorporating ferric oxide, alumina, and silicon dioxide for nuclear-reactor molten core trap |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5791510B2 (en) | Hydrogen capture materials, preparation methods and uses | |
| Patrick et al. | Stability of silico-ferrite of calcium and aluminum (SFCA) in air-solid solution limits between 1240° C and 1390° C and phase relationships within the Fe2O3-CaO-Al2O3-SiO2 (FCAS) system | |
| Komlev et al. | New sacrificial material for ex-vessel core catcher | |
| EP3323782A1 (en) | Oxygen generating compositions comprising ionic liquids | |
| RU95122438A (en) | METHOD FOR PRODUCING NON EXPLOSIVE POWDER (OPTIONS), POWDER MIXTURE (OPTIONS), TRANSPORT CONTAINER AND METHOD FOR PRODUCING REFRACTORY MATERIAL | |
| Heath et al. | Hot-isostatically pressed wasteforms for Magnox sludge immobilisation | |
| RU2551375C1 (en) | Fixing oxide material for plates of sacrificial material of localisation device of reactor active core melt | |
| EP3323783A1 (en) | Use of ionic liquids in compositions for generating oxygen | |
| Akiyama et al. | Immobilization of radioactive waste by an aluminum silicate matrix formed from fly ash or bentonite | |
| EP0130608B1 (en) | Static expansive demolition agent and process for demolishing brittle materials | |
| JP7129989B2 (en) | Compositions for the treatment of hazardous sludges and ion exchange media | |
| US3110557A (en) | Radioactive waste disposal | |
| Hyatt et al. | Thermal treatment of simulant plutonium contaminated materials from the Sellafield site by vitrification in a blast-furnace slag | |
| RU2548659C1 (en) | Furnace charge and protective oxidic material for nuclear reactor active zone fusion localisation device | |
| RU2559294C1 (en) | Mixture and oxide sacrificial material for device for localising nuclear reactor core meltdown | |
| EP3323471A1 (en) | Device for generating oxygen | |
| Riley et al. | Efficacy of a solution-based approach for making sodalite waste forms for an oxide reduction salt utilized in the reprocessing of used uranium oxide fuel | |
| Griffith et al. | Tungsten bronze-based nuclear waste form ceramics. Part 2: Conversion of granular microporous tungstate–polyacrylonitrile (PAN) composite adsorbents to leach resistant ceramics | |
| RU2107049C1 (en) | Concrete mixture | |
| RU2517436C2 (en) | Method of producing ceramic material for nuclear reactor core melt localising apparatus | |
| Barinova et al. | Self-propagating high-temperature synthesis (SHS) of a pyrochlore-based ceramic for immobilization of long-lived high-level waste | |
| JP6157857B2 (en) | Solidification method for radioactive waste | |
| Swift | The development of calcium aluminate phosphate cement for radioactive waste encapsulation | |
| Campayo et al. | Synthesis study of alkaline-bearing rare earth phosphates with rhabdophane structure | |
| RU2215340C2 (en) | Cement for nuclear reactor molten core catcher |