Высокотемпературные ампульные испытания гидрида гафния

20.09.2024 2024 - №03 Материалы и ядерная энергетика

К.К. Полунин С.С. Базюк С.В. Гусейнов Ю.А. Кузма-Кичта Г.Н. Мельников В.Д. Рисованый

https://doi.org/10.26583/npe.2024.3.06

Представлены результаты высокотемпературных ампульных испытаний перспективных поглощающих материалов на основе гидрида гафния (HfH_x). Разработаны методика и установка для ампульных испытаний. Установка для проведения ампульных испытаний представляет собой две коаксиально соединенные между собой вертикальные печи. Низкотемпературная печь используется для предварительного нагрева ампулы и выдержки между циклами, высокотемпературная печь – для изотермической выдержки при заданной программой испытаний температуре. Изготовлены образцы гидрида гафния δ- и ε-фазы, на часть образцов δ-HfH^x нанесено оксидное покрытие толщиной до 5 мкм. Получены экспериментальные данные по термической стабильности гидрида гафния в среде инертного газа (аргон, гелий) при температурах до 900°C. Проведено сравнение стойкости гидрида гафния, полученного прямым (сквозным) насыщением и спеканием порошка в условиях циклического термонагружения. По результатам испытаний HfHx в замкнутой инертной среде отмечено, что высокотемпературная выдержка (при температурах до 900°С) таблеток δ-HfH^1,6 не приводит к диссоциации гидрида, в то время как ε-HfH_1,9 в инертной среде сохраняет стабильность до 650°С, а при достижении 800°С происходит выход водорода, что приводит к увеличению давления в ампуле и ее разгерметизации. Проведено численное моделирование эксперимента методом конечных элементов при помощи программного пакета ANSYS Mechanical 16.0 и определены скорость и время нагрева гидрида гафния до заданной температуры испытаний.

Ссылки

1. Рисованый В.Д., Захаров А.В., Клочков Е.П., Гусева Т.М. Бор в ядерной технике. Изд. 2. – Димитровград: ОАО «ГНЦНИИАР», 2011. – 668 с. ISBN 5-9483-016-7.
2. Waltar A.E., Reynolds A.B. Fast Breeder Reactors. – New York: Pergamon Press, 1981. – 853 p. ISBN 0-08-025983-9.
3. Рисованый В.Д., Захаров А.В., Клочков Е.П. Поглощающие материалы и органы регулирования ядерных реакторов: учебное пособие для вузов. – М.: Издательский дом МЭИ, 2012. – 392 с. ISBN 978-5-383-00662-7.
4. Kuwae R., Obata M., Sato K., Shima S. Development of Zircaloy Clad Hafnium Rods for BWR Long Life Neutron Absorbers. // Journal of Nuclear Science and Technology. – 1986. – 23 (2). – PP. 185 – 187. DOI: http://dx.doi.org/10.1080/18811248.1986.9734968
5. Horn R.M., Frew B.D., Van Diemen P. Thermal Spectrum Control Rod Materials. // Comprehensive Nuclear Materials. – 2012. – V. 3. – PP. 485 – 507. DOI: https://doi.org/10.1016/B978-0-08-056033-5.00077-X
6. Joyce M. Mainstream Power Reactor Systems. // Nuclear Engineering: A Conceptual Introduction to Nuclear Power. – 2018. – PP. 227 – 261. DOI: https://doi.org/10.1016/B978-0-08-100962-8.00010-X
7. Risovany V.D., Klochkov E.P., Ponomarenko V.B. Hafnium in nuclear engineering. – La Grange Park, Ill.: American Nuclear Society. – 2001. – 101 p. ISBN 978-0894485664.
8. Iwasaki T., Konashi K. Development of Hydride Absorber for Fast Reactor – Application of Hafnium Hydride to Control Rod of Large Fast Reactor. // Journal of Nuclear Science and Technology. – 2009. – V. 46. – No. 8. – PP. 874 – 882. DOI: https://doi.org/10.1080/18811248.2007.9711595
9. Ikeda K., Moriwaki H., Ohkubo Y., Iwasaki T., Konashi K. Application of hafnium hydride control rod to large sodium cooled fast breeder reactor. // Nuclear Engineering and Design. – 2014. – V. 278. – PP. 97 – 107. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.nucengdes.2014.07.002
10. Konashi K., Itoh K., Yokoyama T., Yamawaki M. Utilization Research and Development of Hydride Materials in Fast Reactors. // Advances in Science and Technology. – 2014. – V. 94. – PP. 23 – 31. DOI: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AST.94.23
11. Dolukhanyan S.K., Alexanian A.G., Hakobian A.G. Interaction of Hafnium with Hydrogen and Nitrogen in the Combustion Regime. // International Journal of Hydrogen Energy. – 1995. – V. 20. – No. 5. – PP. 391 – 395.
12. Hirai M., Sakurai H., Yuda R., Ouchi A., Konashi K. Study on an innovative fast reactor utilizing hydride neutron absorber – Fabrication and high temperature behavior of hafnium hydride pellets. / Proceedings of the 2010 International Congress on Advances in Nuclear Power Plants - ICAPP’10. – 2010.
13. Konashi K., Yamawaki M. Utilization of Hydride Materials in Nuclear Reactors. // Advances in Science and Technology. – 2010. – V. 73. – PP. 51 – 58. DOI: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AST.73.51
14. Polunin K.K. Mokrushin A.A., BraginS.Yu., D.S. Kiselev, Kuzma-KichtaYu.A. Protective Coating of Irradiation Device for Fast-Neutron Reactor // Journal of Physics: Conference Series. – 2020. – 1683, 032040. – 7 p. DOI: https://doi.org/10.1088/1742-6596/1683/3/032042
15. Петухов Б.С., Генин Л.Г., Ковалев С.А., Соловьев С.Л. Теплообмен в ядерных энергетических установках: учеб. пособие для вузов/ 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Изд-во Моск. энергетич. ин-та, 2003. – 548 с. ISBN 5-7046-0843-4.
16. Полунин К.К. Беспечалов Б.Н., Зайцев Д.А., Киселев Д.С., Кузма-Кичта Ю.А., Урусов А.А., Чувиков С.В. Гидрид гафния: исследование теплофизических и механических свойств. // Новое в российской электроэнергетике. – 2023. – № 1. – С. 6 – 16.
17. Чиркин В.С. Теплофизические свойства материалов ядерной техники: справочник. – М.: Атомиздат, 1968. – 484 с.

высокотемпературные испытания выход водорода гидрид гафния поглощающий материал реактор на быстрых нейтронах стержень регулирования

Ссылка для цитирования статьи: Полунин К.К., Базюк С.С., Гусейнов С.В., Кузма-Кичта Ю.А., Мельников Г.Н., Рисованый В.Д. Высокотемпературные ампульные испытания гидрида гафния. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2024. – № 3. – С. 68-80. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2024.3.06 .