Sugárzáskémia a nukleáris üzemanyag-ciklus

Modellezése hidrogénnel baleset RBMK

A tervezési atomerőművek ez kötelező venni a viselkedés különböző reaktor rendszerek vészhelyzetekben: .. Abban az esetben meghibásodása eszközök könny csővezetékek, szivattyúk, stb értékelése következményeinek ilyen feltételezett baleset megköveteli a számítás dinamikája nukleáris, fizikai-kémiai és termo-hidraulikus folyamatok során fellépő fejlesztése baleset. Ez a probléma a szigorú készítmény megoldott a következő: az első szakaszban létrehozott egy matematikai modellt általában üzemeltetett technológiák, akkor ez a bemutatott modell különböző zavarok tükröző tünetek a folyamatot, valamint új eljárások, amelyek majd csak vészhelyzet esetén, és vezeti válasz értékelési modellt ezek a gátló hatások (a második része a feladat).

Alapelvei matematikai modell reaktor rendszerek megvizsgáltuk az előző fejezetben a példa egy olyan matematikai modellt a viselkedését a hűtővíz a primer körben VVER.

Ha figyelembe vesszük a feltételezett baleset első része a problémának - a modell a normál üzemmód - alapul célja a kísérleti adatok (mérési eredményeket a folyamat paramétereinek), és annak értéke a tényleges folyamat működését lehet ellenőrizni. Harder a helyzet a második része a problémának. Itt jellemzően „front” ösvény - tanulmányozásával kísérleti szimulátor fizikai folyamat körülmények között jellemző baleseti és megtalálni matematikai (analitikai vagy véletlenszerű) leírását. Ezután leírása „ki” a A matematikai modell, con sürgősségi helyzetekben, és kap az értéket a megfelelő eljárási paraméterek: hőmérséklet, nyomás, reaktánskoncentrációk stb Ezek a mutatók az annak megállapításához, hogy „túlélni”, ha a berendezés baleset, de ha nem .. ez életben marad, akkor milyen anyagok (vagy energia), és hány fog megjelenni ellenőrzött környezetben.

A második rész a probléma abban az esetben, hogy egy komplex folyamat, amely lehetetlen, hogy egy kísérleti baleset (például ahogy azt törés helyén járművek), elsősorban ellenőrizni nem lehet. Ugyanakkor, a kapott adatok itt rendkívül fontos, mivel ezek kétféle célra használják: egyrészt, hogy értékelje a lehetséges károkat a természet, másrészt pedig, hogy támogassa a technikai intézkedések balesetvédelmi (mint amilyen az a biztonsági tartalékokat) és eszközöket megszüntesse őket, ha egy baleset nem fordul elő.

Általában feltételezett balesetek atomreaktorok „veszíteni” nagyon bonyolult matematikai modelleket használ a nagy teljesítményű számítástechnika. Ezek a modellek az eredménye a sok éves munka nagy csapat a tudósok és azok alkalmazása minden bizonnyal, hogy foglalkozni kell a fent említett problémák (a balesetek megelőzésére, és dolgozzanak ki intézkedéseket, hogy megszüntesse őket), kapcsolatban a gazdaság a folyamat. Azonban a környezeti hatásvizsgálat, különösen a korai szakaszában a projektfejlesztés, vagy a környezeti vizsgálat során, akkor egy egyszerűbb megközelítés, amely a következő lépéseket. - alapos előkészítése a „script” a baleset,
- kimutatása fizikai-kémiai folyamatokon felelős előfordulása a veszélyek - megtalálják az irodalmi adatoknak a mechanizmus (természet) és mennyiségi paramétereit ezeket a folyamatokat.
- kiszámítása a dinamika a folyamat a „script” a baleset.

Kvantitatív leírására gázképződés adatok felhasználásával az alapkutatás és a termodinamika kinetikája fizikai és kémiai folyamatok ismertetett kiadványok állnak.

Tehát hogy a következő „script” a baleset.

1. zavarok következtében a reaktorban a hűtőfolyadék körforgásban történt „gőzölés” dolgozó csatornákat. Az elején „gőzölés”, hogy elfogadja a viszonyítási pont.

2. „gőzölés” járó növekedése reaktor teljesítménye. t

3. belül 2,5-3 másodperc elejétől a baleset csatorna hőmérséklet emelkedik a névleges (573 K) 1273 K, majd tovább növekedett első közelítésben az időben lineárisan. A hőmérséklet a grafit idő alatt a, hogy a 3 állandó marad további nőtt lineárisan gradiens 10-30 K / s.

4. Amikor a hőmérséklet emelkedik gőznyomás emelkedése az áramkör vezetett szakadás csatornák történt „pamut” párokat érintkezésbe kerülnek a grafikon tovoy falazat.

5. Miután 25-30 másodperc után a „gyapot” robbanás történt, ami a pusztulását a készülék.

Forrásai robbanásveszélyes gázok

1. cirkónium-gőz reakció. A reakcióban a vízgőz és a fémes cirkónium kémiai reakció

A kinetikáját ezt a reakciót által leírt Baker-Justa:

dN / dt = 1,1.10 -5 [S (t) KZR] 0 5 -0 t, 5. mol H2 / sec. (9. 2)

ahol N - móljainak száma hidrogénatom, S (t) - cirkónium érintkező felülete gőzzel egyenlő az RBMK-1000 1,2.10 8 cm 2; t - az idő másodpercben. Jelentés KZR sebességi állandót összhangban tett ajánlása egyenlő NAÜ

ahol R - egyetemes gázállandó cal / (mol.K) és TK - Üzemi hőmérséklet csatorna K. A számítások azt feltételezték, hogy a hőmérséklet a baleset megváltoztatta a törvényt

ahol t - az időt másodpercben, és - együttható jellemző a hőmérséklet-emelkedés sebessége, K / sec és Tk0 = 573 K - névleges hőmérséklet csatornák.

A kölcsönhatás cirkónium gőzzel zajlik az egész időszak alatt legfeljebb a robbanás. A hidrogén mennyisége t idő alatt képződött. Ez integrálásával határoztuk meg egyenlet (9. 2) az együtthatók egyenlet adja meg (9.3) és (9.4). Számítás felső határa mennyiségű hidrogén fejlődött idővel t. mert: 1) a törvény Baker-Justa - tökéletes, és a kísérleti értékek általában valamivel kisebb mennyiségű hidrogén a következő egyenletből számítható; 2) a számítás azt feltételezték, hogy a cirkónium-gőz reakció azonos az összes csatornán.

2. A reakciót grafit gőzzel. Feletti hőmérsékleten 700 K, vízgőz kezd reagálni észrevehetően elemi szénnel

alkotnak egy veszélyes szén-monoxid és hidrogén.

Az oxidációs a grafitpor áramban keveréke vízgőz és hélium reakciókinetika ismertetik a Langmuir-Hinshelwood.

ahol k1 = 5,0. Október 12 exp [-68.000 / RTG] cm3 / (r. S), (7, 9)

és Tr - hőmérséklet grafit, K.

Amikor a víz gőznyomásának megfelelő telített gőz nyomása 1 atm, azaz. E. körülmények között, amelyek az áramló gőz reakcióba a grafit egy balesetben, a reakció előrehaladásával a következő egyenlet szerint az első rend szerint a víz és a képződés sebességének a keverék szén-monoxid és hidrogén megegyezik:

Használata (9.7), a specifikus reakció sebessége (per 1 g oxidálható szén) egyenlő:

Ott CH 2O - koncentrációja vízgőz mól / cm 3. A számítások azt feltételezték, hogy a víz koncentrációja során áthalad a fűtött grafit felületén állandó, és megfelel a telített gőzzel 573 K sűrűség = 36,5 kg / m3, azaz ..

CH 2O = 2, 0. 10 -3 mol / cm3 volt, feltételezték, hogy a hőmérséklet a grafit során t> a + (2,5-3) összhangban változik Tg = Tg0 + b t. (9. 11), ahol n0 - grafit névleges hőmérséklet (773 K), b - együttható jellemző sebessége a hőmérséklet emelkedése, grafit, K / s, és a T - idő másodpercben.

A képződési sebességét a szén-monoxid és hidrogén egész lerakási grafit

, ahol m - tömege a reaktív grafit számítások azt feltételezték, hogy az egyenlő 0,01 tömeg% grafitot a reaktorban, azaz, m = 200 ttkg ...

Kölcsönhatás széngőzt csak akkor lehetséges, ha t> a + (2,5 - 3). t. e. után a „gyapot”, ha a párok érintkeznek a grafit.

Egyenlet (9,12), azzal a megkötéssel, hogy reagál 0,01 tömeg% grafitot ad nyilvánvalóan alsó határa mennyiségű robbanó elegyet a hidrogén és szén-monoxid.

Száma a keverék a hidrogén és szén-monoxid reakciójával kapott (9.5) számítjuk integrálásával egyenlettel (9.12), amikor a hőmérséklet-változás a következő egyenlet szerint (9.11). Egyenlet (9.12) lehet használni számítások becsült csak a hőmérséklet-tartományban a 700 T 1400 K. feletti hőmérsékleten 1400 K úgy kell tekinteni, hogy a grafit reagál teljesen átalakuljon egy keverék a hidrogén és szén-monoxid jelenlétében megfelelő mennyiségű víz alá a grafit. A reakció itt diffúziós üzemmódban, és annak betáplálási sebességét a sebessége határozza meg a vízgőz a grafit felületre.

3. Sugárzás-vegyipari termelés a hidrogén és az oxigén. Amikor az ionizáló sugárzásnak kitett, vízgőz bekövetkezik a kialakulását a hidrogén és az oxigén. A sebesség ennek a folyamat arányos az elnyelt dózis egy pár I (t) nem függ a hőmérséklet:

ahol NA - Avogadro számát, G (H2) - sugárzás-kémiai hozam hidrogén molekulák / 100 eV és I (t) - az elnyelt dózis aránya a gőz eV / sec. A radiolízise telített gőz áramlási viszonyok hőmérsékleten 750-800 K fölött a maximális hidrogén-kitermelés 8,0 molekulák / 100 eV. Ezek a feltételek megközelítik feltételei gőz radiolízis baleset során, a folyamat számítási hozam hidrogén felvétele megegyezik a már említett értéken. A radiolízise vízgőz és oxigén keletkezik, ekvivalens mennyiségben hidrogénatom. G (O2) = 4,0 molekula / 100 eV.

A formáció a hidrogén és az oxigén a radiolízis vízgőz zajlik egész ideje a baleset, hogy az idő, hogy robbanás. A hidrogén mennyisége által termelt radiolízis vízgőz integrálásával számítottuk ki a következő egyenlet (9. 13). Feltételezzük, hogy a dózisteljesítmény elnyelt egy pár, változások az időintervallum 2-10 a törvény szerint

I (t) = Io + c t, (9. 14). ahol egy - együttható jellemző a növekedés mértéke az adagolási arányt a Io = 1,53.10 5. W (9,55.10 23 eV / sec) - az elnyelt dózis aránya gőzben termelés 200 MW reaktor Imax = 2,45.10 6W (1 , 25 53,10 eV / sec) - az elnyelt dózis arány 3600 MW. További - mielőtt az idő t 30 c dózisteljesítmény állandó marad, és egyenlő Imax.

Elvileg is nukleáris üzemanyagok reakciót vízzel és a termikus disszociációja vízmolekulák a gőzfázisban, amely szintén hidrogénatom. Azonban ezek a reakciók hatékonyan kell sor hosszabb időközönként, mint megvizsgált bennünket.

Mennyiségi értékelés kialakulásának robbanásveszélyes gáz

Integrálása fenti egyenletekben végeztek numerikusan programozható számítógépek MC-54 szabvány programok. A számítási eredményeket a kinetikáját a robbanó gázok ábrán megadott. 9,1-9,3.

Ábra. 9.1 eredményét mutatja kiszámításakor kinetikájának a hidrogénfejlődés miatt a cirkónium-gőz reakció. Számításokat a két változatai csatorna a hőmérséklet-változások (ezek ábrázolt alsó részén az ábrán): A hőmérséklet-növekedés 573-1273 K 3 másodpercig és több - nem változik (1), és a hőmérséklet-növekedés 573-1273 K 3 másodpercig és több - több mint lassú növekedés egy = 40 K / s (2).

Ábra. 9. A 2. ábra mutatja az eredményeket számítási kinetikáját a kialakulását egy keverék a hidrogén és szén-monoxid reakciójával vízgőz a grafitot tartalmaz. Számított megvalósításokban (lásd az alsó része az ábrán). Grafit törés utáni hőmérséklet csatornák nem változott (1), és a hőmérséklet a grafit törése után csatornák növekszik ütemben 10 (2) 20 (3) és 30 (4) deg / s. A számításokat, a fent említett, azt feltételezték, hogy reagál 0,01% a teljes összeg a grafit a falazat.

Végül, Fig. 9.3 eredményeit mutatja be kiszámításának kinetikáját kialakulását hidrogén és az oxigén a radiolízis miatt a vízgőz a különböző kiviteli alakjait a változás dinamikáját a kapacitás az elnyelt dózis egy pár, amelyeket biztosított az alsó részét az ábra (1, 2, 3).

Számítások tehát azt sugallják, hogy a hozzájárulás a robbanó gázok hozzájárul nem csak a cirkónium-gőz reakció, de köl-kölcsönható vízgőz és grafitot tartalmaz. A hozzájárulást a sugárzás-kémiai képződését a hidrogén - viszonylag kicsi.

Ábra. 9.1. A hidrogénfejlődés miatt a reakció a gőz-cirkónium (a) alapján különböző kiviteli alakjai hőmérséklet-változást (b).

Nyert a mi megközelítés az adatok egyértelműen jelzik a szerepe a hidrogén és szén-monoxid 4 reaktor csernobili pusztítás egység és a katasztrofális következményekkel ezt az eseményt.

Ábra. 9. 2. A formáció hidrogént a reakció vízgőz a grafit (a) a különböző kiviteli alakokban az idő függvényében a hőmérsékletet grafit (b).

Ábra. 9.3. A formáció a hidrogén és az oxigén a radiolízis miatt a vízgőz (a) alapján különböző kiviteli alakok, időben változik a dózis mértéke az ionizáló sugárzás által elnyelt egy pár (b).

Ismét azt látjuk, hogy a számításokat még nem kapott semmilyen különleges feltételeket a biztonsági adatokat nem használják bonyolult matematikai modelleket, és nem használható a nagy teljesítményű számítástechnika. Használt egyetlen közös alapvető fogalmak a termodinamika, a kémiai kinetika és a sugárzás kémia. Ezek azonban nem adnak világos képet a mértéke egy hipotetikus baleset és szolgálhat a tudományos alapot, hogy elfogadták az elvi és az előzetes műszaki megoldásokat.