cirkónium-gőz reakció
Cirkónium-gőz reakció - exoterm kémiai reakció között a cirkónium és a gőzt, amely megy magas hőmérsékleten. Különösen a reakció végbemehet a mag egy nukleáris reaktor hűtővíz és / vagy moderátor, ha az túlmelegszik [1] érintkező cirkónium szerkezeti elemek vízzel.
Cirkóniumötvözetek a leggyakoribb anyag alkotja fűtőelemek. amelyet üzemanyagként használt nukleáris reaktorok. Abban az esetben, súlyos baleset károsodott hőelvezetés a tüzelőanyag lehet melegítjük rovására nagyobb hőmérséklet-leállás bomlási hő a reaktor. Az aktív zónában is nonboiling reaktorban, ahol gőz keletkezik, amely eléri a 861 ° C-on reagál a cirkónium. Ennek eredményeként, a hidrogén keletkezik mennyisége körülbelül 0,491 liter grammonként reagálatlan cirkónium és nagy mennyiségű hő - 6530 kJ / kg [2].
A reakció a következő egyenlet szerint:
ahol Q - felszabadult hőtől (6530 kJ / kg)
A reakció kezdődik mintegy 861 ° C-on, de 1200 ° C-on kezd kialakulni nagyon gyorsan (mivel további felszabaduló hő felmelegíti cirkónium) és válik önfenntartó [1] [2] [3].
Kiszámításához a cirkónium-gőz reakció segítségével a szerves formájában Eq Baker - Justa [4] (pg. 37):
W = 2 ⋅ 33 3 július 10 ⋅ t ⋅ exp (- 45500 / R T). = 3,33 \ cdot 10 ^ \ cdot t \ cdot \ exp (-45.500 / RT),> [mg / cm2] ²,
A reakció sebessége erősen függ a hőmérséklettől, mennyisége szolgáltatott gőzzel a reakciós felület és a reakcióidőt. Sőt, adott feltételek mellett, a gőz mennyiségét szolgáltatott sokkal alacsonyabb, mint a becsült, mert gőzellátás a felszínre akadályozott. A reakció magában csak a felszín közelében a rétegpárban ezáltal a reakció hidrogén megakadályozza, hogy a gőzbevezető a felszínre. ZrO2 van kialakítva a fólia felületén. ami szintén gátolja a reakciót [2].
Amellett, hogy a hidrogéngáz-fejlődés és a hőfejlődés, a reakció kíséri ridegség burkolat és csökkenését eredeti vastagságának oxidációja miatt cirkónium. Körülbelül 10-12 perc után a kezdete önhordó cirkónium-gőz reakció a üzemanyagtok oxidáljuk, amelynek vastagsága 0,10-0,15 mm melegítéssel az olvadási hőmérsékletére.
A kísérletekben a korai szakaszban volt egy komoly deformáció a fűtőelemek, kis feleslegben a olvadási hőmérséklete cirkónium cső (blokád) vannak kialakítva hűtőközeg-csatorna.
Még viszonylag kis áramlási sebességgel az összeg a keletkezett reakcióhő képest a maradék hőt a leállítás reaktor, erősítve ezáltal a tüzelőanyag melegítésével a reakció igen jelentősen [2].
Ennek eredményeként, a bejegyzés egy nagy részét a reakció képezhet cirkónium hidrogénatom, számozás a több ezer köbméter. Ez rendkívül veszélyes a szempontból a tűz és robbanás, valamint abból a szempontból képződésének a hurokreaktor növény gázbuborékok, gátolja a hűtőközeg keringtetésére, amely súlyosbíthatja a baleset miatt megszüntetését üzemanyag hő felszállást [5].
Riasztórendszerek és baleset
Előfordulása cirkónium-gőz reakció csak akkor lehetséges, túlmelegedés esetén a mag, ez egy általános kérdés a reaktor biztonsági. Abban az esetben, előfordulása a súlyos vészhelyzet, a meglévő biztonsági rendszer.
Az elsődleges eszköze elkerülve a kialakulását egy hurokreaktor növény buborékok sürgősségi gőz-gázt eltávolító rendszer. At TMI-2 ilyen rendszer nincs jelen, így a felhalmozódott különböző részein a berendezés és a reaktor maga nem kondenzálható gázok, elsősorban hidrogénatom, megakadályozta az előfordulása egy áramkör a természetes cirkulációs miután kénytelen ki a fő keringtető szivattyút, ahol a baleset vált egy nagyon nehéz [6].
Egy másik fontos biztonsági rendszer, passzív, az elszigetelés. Nagynyomású vízzel működő reaktorokban ez nagyon nagy, több tízezer köbméter, így eléri a robbanásveszélyes koncentrációjú hidrogén-kibocsátások a reaktorból és egyéb berendezések, rendkívül nehéz benne. Abban az időben a baleset TMI-2, például, bár egy harmadik oxidált üzemanyag a tartályból észleltek csak a helyi hidrogén tűz, amely nem vezethet súlyos következményei lehetnek. A forrásban lévő reaktorok elszigetelés mérete lényegesen kisebb. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy a fő probléma a baleset, amely számítják elszigetelés - baleset elvesztése hűtőközeg - megoldható az elszigetelés forró vízben reaktorok más módon, a térfogati tartály bubblers ahol a gőz távozik a baleset esetén. A korai tervei elszigetelés (Mark 1, Mark 2) forró vizet reaktorok, hogy megoldja a problémát a hidrogén felhalmozódása száraz reaktorba gödör töltött inert gáz (például tiszta nitrogén), a később, hiszen Mark 3 - szerelve a rendszer hidrogén utóégető [7] [8] . Amikor egy baleset Fukushima szenvedett aggregát elszigetelés típusú Mark 1. hidrogén felhalmozódása a féken a szekunder vezetett robbanást azt egységek 1 és 3 egység 2 robbanás történt közelében a tartály-bubblers. A tápegység 4 hidrogénatomot robbanás történt az üzemanyag közelében medence.
Ismert innováció célja, hogy megoldja a problémát a hidrogén felhalmozódása súlyos balesetek katalitikus hidrogén rekombinátorok (passzív biztonsági rendszerrel). Ők lehet telepíteni a már működő blokkokat (a sor a világ minden tájáról vannak már telepítve van), a kötelező sor tényező szerepel az új projektek. Rekombinátorok - kis eszközök vannak telepítve több körül germoobomu és biztosítja csökkentését a hidrogén koncentrációja a baleset során annak felszabadulását. Rekombinátorok igényelnek energia és parancsokat a kapcsoló - elérésekor egy kis koncentrációjú hidrogén-(0,5-1,0%) annak abszorpciós folyamat kezdődik spontán rekombinátorok [9] [10].