Объемный электролиз воды систем охлаждения промышленных предприятий и реакторов АЭС и его влияние на безопасность

21.06.2017 2017 - №02 Безопасность, надежность и диагностика ЯЭУ

А.В.Кулаков В.А. Ранцев-Картинов В.П. Мельников А.К. Паповянц

https://doi.org/10.26583/npe.2017.2.01

Предложена новая теоретическая модель в механизме коррозионного повреждения трубопроводов систем охлаждения реакторов АЭС, основанная на учете формирования поляризованного поверхностного слоя воды на ее фазовой границе с твердым телом. При образовании в циркуляционном контуре водной суспензии с твердотельными наночастицами конструкционного материала, отслаивающимися от основы в результате «старения» материала и под воздействием нейтронного потока, создаются благоприятные условия для реализации объемного электролиза воды с образованием нанопузырьков «гремучей» смеси (водород, кислород). В результате микроскопического накопления этой смеси в местах локального нарушения гидродинамики пристенного ламинарного слоя воды возникают микровзрывы «гремучей» смеси, интенсифицирующие коррозию. При детальном рассмотрении физико-химического процесса на фазовой границе молекулы воды представляются в виде «пружинного маятника», и их столкновения между собой приводит к возбуждению колебаний ионов водорода (ИВ) относительно ионов кислорода (ИК), сильно отличающихся по частотам, определяемым различием в массах этих ионов.

При решении уравнения движения ИК в осциллирующем поле колеблющихся ИВ установлено возникновение потенциального поля, препятствующего проникновению «тяжелого» компонента (ИК) к центру колебаний «легкого» компонента (ИВ). Кислород с большим сродством к электронам формирует их поверхностную плотность, обеспечивающую напряженность поля, равную примерно 2,6 МВ/см, под действием которой и происходит электролиз воды на каждой наночастице с образованием газовых составляющих (H2, O2). Присутствие водорода и насыщение им конструкционного материала с увеличенными зернами лигатуры интенсифицирует процесс отслаивания материала с образованием наночастиц.

Меры безопасности должны учитывать необходимость диагностики труб и наличие «нанопорошков» в воде для своевременной замены труб на новые, что особенно актуально при длительной эксплуатации реакторов.

Ссылки

1. Bosh S. A review of Nuclear Piping Failures at their use in establishing the reliability of Piping Systems // Service Experience in Fossil and Nuclear Power Plant, ASME 1999-PVP. – Vol. 392. – PP. 137-155.
2. Gosselin S., Fleming K. Evalutation of Pipe Failure Potential via Degradation Mechanism Assessment // Proceedings of ICONS 5th International Conference of Nuclear Engineering. Poster 2641-1997. – 10 p.
3. Кулаков А.В., Матвеев А.Л., Овчинников В.А., Рощин Н.Г. Определение расхода течи теплоносителя под системой контроля влажности при разгерметизации контура охлаждения реактора. // Известия РАН. Энергетика. – 2013. – № 5. – С. 82-85.
4. Матвеев Е.Л., Кулаков А.В., Зубченко А.С. Акустико-эмиссионный контроль течи в трубопроводах. // Тяжелое машиностроение. –2015, – № 8. – С.1-8.
5. Тесленко М.В. Расположение дефектов на теплообменных трубах парогенераторов. Прогнозирование количества заглушенных труб. // Тяжелое машиностроение. – 2012. – № 8. – C. 35-39.
6. Богачев А.В., Галиев Р.С. Внедрение на энергоблоке №1 Ростовской АЭС системы автоматизированного контроля остаточного ресурса оборудования и трубопроводов реакторной установки.// Теплоэнергетика. – 2003. – № 5. – С. 16-18.
7. Нигматуллин Р.И. Динамика многофазных сред, т. 1. – М.: Наука, 1987. – 464 с.
8. Паповянц А.К., Мельников В.П., Воронин И.А., Григоров В.В. Влияние режимов работы и физических характеристик взвесенесущего потока в вертикальной трубе на пристеночную поперечную миграцию твердых частиц (в печати).
9. Марч Н., Тоси М. Движение атомов жидкости. / Пер. с англ. – М.: Металлургия, 1980. – 296 с.
10. March N.H., Tosi N.L. Introduction to liquid State Physics. London. World Sci. Publ., 2002, 432 p.
11. Nikolai G.J., Pings C.J. Structure of Liquids// Journal of Chemical Physics. – 1967. – Vol. 46. – No. 4. – PP. 1401-1411.
12. Маргулис М.А. Сонолюминистенция. // УФН. – 2000. – № 3. – С. 263-287.
13. Moro R., Rabinovitch R., Xia Ch., Kresin V.V. Electric Dipole Moments of Water Claster from a Beam Deflechion Measurement. // Phys.Rev.Lett. – 2006. – Vol. 97. – PP. 123-140.
14. Safe Long Term Operation of Nuclear Power Plants, Safety Reports Series –Vienna: International Atomic Energy Agency, 2008. – No. 57. – 35 p.
15. Determination of Mechanical Properties of Aged Components Using Instrumented Hardness Testing and other Miniature Speсimen Testing Techniques / G.B. Lenkey at al. // J. Strength of Materials. – 2013. – Vol. 45. – No 4. – PP. 433-441.
16. Перспективы применения основанных на волновой оптике методик детектирования и фракционирования микрочастиц в технологических средах АЭС. / С.Ю. Игашов и др. Проблемы и перспективы развития химического и радиохимического контроля в атомной энергетике. / Тезисы докладов. – г. Сосновый Бор, 20-22 сентября 2005 г. – С.46-47.
17. Rantsev(Kartinov V.A. «Waterspout» as a special type of atmospheric aerosol dusty plasma. / Proc. 31st Eur. Phys. Soc. Conf. on Plasma Phys. and Contr. Fusion. – London, UK, 2004, ECA. – Vol. 28G. – РР. 4-5.
18. Кулаков А.В., Ранцев(Картинов В.А. Новая нанотехнология – основа комплексного развития и обороны приморских территорий и акваторий РФ. // Экономические стратегии. – 2014. –№ 9. – С. 22-23.
19. Доступно на сайте https://download.e-bookshelf.de/download/0001/1829/05/L-G-0001182905-0002999156.pdf

безопасность АЭС система охлаждения реакторов молекула воды ионы кислорода водород электролиз воды коррозионная стойкость нержавеющая сталь волны детонации

Ссылка для цитирования статьи: Кулаков А.В., Ранцев-Картинов В.А., Мельников В.П., Паповянц А.К. Объемный электролиз воды систем охлаждения промышленных предприятий и реакторов АЭС и его влияние на безопасность. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2017. – № 2. – С. 5-14. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2017.2.01 .