Компьютерное моделирование термических процессов с участием радионуклидов U, Cl, Pu, Be, Ni, Am при нагревании радиоактивного графита в атмосфере углекислого газа

24.06.2019 2019 - №02 Моделирование процессов в объектах ядерной энергетики

Н.М. Барбин И.А. Сидаш Д.И. Терентьев С.Г. Алексеев

https://doi.org/10.26583/npe.2019.2.16

Представлены результаты термодинамического моделирования поведения радионуклидов U, Cl, Pu, Be, Ni, Am при нагреве радиоактивного графита в атмосфере углекислого газа в широком температурном диапазоне.

Целью исследований является оценка равновесного состава газовой и конденсированных фаз в условиях вероятной запроектной аварии или при переработке реакторного графита. С учетом распространенности графита в качестве материала как выведенных из эксплуатации, так и перспективных реакторов образование такой высокотемпературной системы не исключается. Получение подобной информации о составе ее фаз экспериментальными методами может быть затруднено по многим причинам, что делает предпочтительным использование методов полного термического анализа для изучения равновесного поведения этой системы.

Термодинамическое моделирование равновесного состояния данной системы выполнено с использованием компьютерного программного комплекса TERRA с привлечением методологии модели идеальных растворов продуктов взаимодействия для оценки равновесного состава образующихся фаз. В расчете использовались наборы термодинамических свойств индивидуальных веществ из баз данных ИВТАН-ТЕРМО и HSC.

Установлено, что в изучаемой высокотемпературной системе радионуклиды U, Cl, Pu, Be, Ni, Am и графит присутствуют в конденсированном растворе только в нижних или средних температурных интервалах, а при дальнейшем повышении равновесных температур способны образовывать газовые формы. Выявлен набор основных реакций с участием вышеназванных радионуклидов, приведены температурные диапазоны их реализации, рассчитаны их константы равновесия. Углекислый газ в верхней области равновесных температур не следует рассматривать как инертный по отношению к графиту и тем более радионуклидам.

Ссылки

1. Ключевые результаты деятельности Росатома в 2015 году. Электронный ресурс: http://www.rosatom.ru/about/ (дата доступа 20.07.2018).
2. GEN-IV International Forum: Электронный ресурс: https://www.gen-4.org/gif/jcms/c_59461/generation-iv-systems (дата доступа 20.07.2018).
3. Левин В.Е. Ядерная физика и ядерные реакторы. – М.: Атомиздат, 1979. – 288 с.
4. ОПБ-88/97. Федеральные нормы и правила в области использования атомной энергии. Общие положения обеспечения безопасности атомных станций. Утверждены постановлением Госатомнадзора России от 14.11.1997 №9. Электронный ресурс: https://files.stroyinf.ru/Data2/1/4294848/4294848446.htm/ (дата доступа 20.07.2018).
5. Букринский А.М. Управление запроектными авариями в действующих нормативных документах России // Ядерная и радиационная безопасность. – 2010. – № 1. – С. 16-25.
6. Скачек М. А. Обращение с отработанным ядерным топливом и радиоактивными отходами АЭС. – М.: Изд. дом МЭИ, 2007. – 448 с.
7. Барбин Н.М., Сидаш И.А., Терентьев Д.И., Алексеев С.Г. Компьютерное моделирование термических процессов с участием радионуклидов кальция, стронция и цезия при нагреве радиоактивного графита в атмосфере углекислого газа // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2017. – № 1. – С. 73-82.
8. Ватолин Н.А., Моисеев Г.К., Трусов Б.Г. Термодинамическое моделирование в высокотемпературных неорганических системах. – М.: Металлургия, 1994. – 352 с.
9. Моисеев Г.К., Вяткин Г.П., Барбин Н.М. Применение термодинамического моделирования для изучения взаимодействия с учетом ионных расплавов. – Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2002. – 166 с.
10. Белов Г.В., Трусов Б.Г. Термодинамическое моделирование химически реагирующих систем. – М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2013. – 96 с.
11. Барбин Н.М., Кобелев А.М., Терентьев Д.И., Алексеев С.Г. Термодинамическое моделирование термических процессов с участием радионуклидов хлора, кальция, бериллия, никеля, цезия при нагреве радиоактивного графита в парах воды. // Радиохимия. – 2019. – Т. 61. – № 2. – С. 142-147.
12. Барбин Н.М., Колбин Т.С., Терентьев Д.И., Алексеев С.Г., Спиридонов М.А. Термодинамическое моделирование нагревания радиоактивного графита в атмосфере аргона. // Теплофизика высоких температур. – 2018. – Т. 56. – № 5. – С. 751-763.
13. Барбин Н.М., Колбин Т.С., Терентьев Д.И., Алексеев С.Г., Кайбичев И.А. Термические и теплофизические свойства системы радиоактивный графит - инертный газ при нагревании. Компьютерный эксперимент. // Инженерно-физический журнал. – 2018. – Т. 91. – № 4. – С. 1139-1149.
14. Барбин Н.М., Кобелев А.М., Терентьев Д.И., Алексеев С.Г. Термодинамическое моделирование термических процессов с участием актинидов (U, Am, Pu) при нагреве радиоактивного графита в парах воды // Радиохимия. – 2017. – Т. 59. – № 5. – С. 445-448.
15. Мышкин В.Ф., Хан В.А., Плеханов В.Г., Ижойкин Д.А., Беспала Е.В. Спиновая сепарация изотопов при неполном окислении углерода в низкотемпературной плазме во внешнем магнитном поле // Известия высших учебных заведений. Физика. – 2014. – Т. 57. – № 10. – С. 127-132.
16. Бобраков А.Н., Кудринский А.А., Переславцев А.В., Полканов М.А., Ширяевский В.Л., Артёмов А.В. Термодинамический анализ процессов плазменной переработки низкорадиоактивных отходов в шахтных печах // Российский химический журнал. – 2013. – Т. LVII. – № 5. – С. 97-103.
17. Синярев Г.Б., Ватолин Н.А., Трусов Б.Г., Моисеев Г.К. Применение ЭВМ для термических расчетов металлургических процессов. – М.: Наука, 1982. – 267 с.
18. Баженов В.А., Булдаков Л.А., Василенко И.Я. Вредные химические вещества. Радиоактивные вещества. – Л.: Химия, 1990. – 189 с.

термодинамическое моделирование термические процессы константа равновесия радионуклиды радиоактивный графит нагревание углекислый газ

Ссылка для цитирования статьи: Барбин Н.М., Сидаш И.А., Терентьев Д.И., Алексеев С.Г. Компьютерное моделирование термических процессов с участием радионуклидов U, Cl, Pu, Be, Ni, Am при нагревании радиоактивного графита в атмосфере углекислого газа. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2019. – № 2. – С. 185-197. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2019.2.16 .