ТРАКТОВКА УРАВНЕНИЙ СКОРОСТЕЙ ОКИСЛЕНИЯ МЕТАЛЛОВ НА АЭС И ТЭС С ПОЗИЦИЙ ТЕРМОДИНАМИКИ

摘要

Представлены результаты термодинамического анализа экспериментальных данных и уравненийкинетики высокотемпературного окисления сплавов на основе железа (при эксплуатации на ТЭС) и сплавов циркония и железа, применяемых для изготовления оболочек твэлов [при аварии с поте-рей теплоносителя - LOCA (loss-of-coolant accident)], в паре. Предложены метод сортировки дан-ных по параметрам уравнения Аррениуса и критерии их достоверности. Установлено, что диспер-сия параметров уравнения Аррениуса зависит от состава сплава и концентрации окислителей (кис-лорода, пара). Результаты изотермических испытаний в одной среде позволили связать энергиюактивации окисления сплавов с их химическим составом, рассмотреть процесс их окисления. Разра-ботаны алгоритм расчета скоростей окисления и термодинамическая модель влияния состава сплавовна их окисление в паре. При моделировании использована экспоненциальная зависимость факторачастоты столкновений молекул от энтропии активации реакции в уравнении Аррениуса при протека-нии реакций на поверхности разных сплавов по единому механизму, а также представление о псевдо-бинарности сплавов, когда все примеси в сплаве ведут себя как один второй компонент сплава, нокаждый со своим стехиометрическим коэффициентом. С использованием достоверных эксперимен-тальных данных выполнена верификация модели и определена кинетика окисления в паре (интервалтемператур 1073-1473 К) циркониевых сплавов Э110опт, Э635 на губчатой основе, проведено сравне-ние с кинетикой окисления сплава М5. Для сплавов железа с хромом при разном содержании послед-него результаты расчета по предложенной модели сопоставлены с экспериментальными даннымиокисления альтернативных оболочечных сплавов. Установленные закономерности могут служить ба-зой для разработки модуля расчетного кода изменений физического состояния оболочек твэлов, вы-полненных из сплавов циркония и железа, в процессе аварии. Изменения могут быть вызваны такимиявлениями, как окисление, деформация ползучести и разрыв оболочки.