Способ поглощения паров воды геттерным материалом

 

Иностранная фирма С.A Е.С. Геттерс С.П.A (Италия 3 (71) Заявитель (54) СПОСОБ ПОГЛОЩЕНИЯ ПАРОВ ВОДЫ ГЕТТЕРНЫМ

МАТЕРИАЛОМ

1 Изобретение относится к способам поглощения воды геттерными соединениями и может быть использовано для изготовления геттерного блока тепловыделяющих элементов атомных реакторов.

В процессе длительной эксплуатации атомного реактора внутри тепловыделяющего элемента (ТВЭЛа) выделяются пары воды, которые в дальнейшем могут разлагаться на кислород и водород.

Выделение водорода способствует его соединению с цирконием, составляющим основной конструкционный матери- 15 ал (в чистом виде или в виде сплавов) ТВЭЛа, при этом хрупкость металла .возрастает, что может привести к возникновению .аварийной ситуации.

Во иэбежание этОго ТВЭЛы оснащают геттерным блоком, способным поглощать пары воды.

Известен способ поглощения паров воды геттерным материалом, состоящим 25 из полос, изготовленных на основе четырехкомпонентного сплава, содержащего Zr, Ni u Ti (1).

Недостатком способа является сложность изготовления геттерного мате- 30 риала и его малая эффективность по отношению к парам воды.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является способ поглощения паров воды,геттерным материалом на основе третичного сплава Zr-Ti-Ni под названием Хипаллой (2). Способ осуществляется путем контактирования паров воды с геттерным материалом при парциальном давлении паров воды или смеси паров воды с гелием 0,1 - 100 мм рт. ст. и температуре 150-700 С, т.е. в усло-, виях работы ТВЭЛа атомного реактора.

Недостатком такого. способа является малая емкость но парам воды и преимущественное поглощение из паров кислорода, что приводит к возникновению водородной хрупкости конструкционных материалов ТВЭЛов.

Цель изобретения — обеспечение равномерности извлечения кислорода и водорода в процессе поглощения паров воды для предотвращения хрупкости и ломкости материала оболочки ТВЭЛа.

Это достигается способом поглощения паров воды геттерным материалом, в качестве которого используют бинарный сплав циркония и никеля состава

862814

Зг М, включающим их контактирование при парциальном цавлении паров ноды или смеси паров воды с гелием в диапазоне 0,1-100 мм рт. ст. и температУРе 150-7000С.

Отличительным признаком способа является использование в качестве геттерного материала для поглощения паров воды бинарного сплава циркония и никеля состава Zr Ni, Технология способа состоит в следующем.

Геттерный материал получают. иэ чистого соединения Zr Ni путем его механического размола до размеров менее 60 мкм и последующего прессования порошка до получения пористой ком-15 пактной массы при давлении 3000

8000 кг/см .

Получившийся геттерный блок помещают в поток аргона, насыщенный парами воды при 75 С до парциального дав- gg .ления 23-80 мм рт. ст и нагревают до .150 700 С в течение 10 мин, после чего блок охлажцают и измеряют содержание водорода, которое является мерой поглощения п- ров воды, известными ме- тодами.

1 мг Zr

Установка состоит из замкнутой системы 1, снабженной микровесами 2, ма} . нометрическим датчикам 3 и газоанализатором 4, например газовым хроматографом или масс-спектрометром. Газоаналиэатор изолирован от системы клапаном 5. Система 1 соединена с вакуумным насосом клапаном б, а также 40 оборудонана клапаном 7. Вне системы

1 находится нагреватель 8, который применяют для поддержания заданной температуры геттерного блока 9. Геттерный блок 9, приготовленный из порошка с размером частиц менее 60 мкм, имеет цилиндрическую форму диаметром

8,1 мм, высотой 2,2 мм и весом 593 мг.

Система снабжена также трубкой 10 с некоторым количеством воцй 11. Трубку

10 окружает ванна 12 с льдоводяной смесью. Микровесы 2 имеют магнит 13 с обмотками 14, соединенными с индикаторным узлом 15, который преобразует величину тока в обмотках 14 в разность веса между геттерным блоком и 55 стандартной навеской.

Измерение водосорбционных характеристик производят следующим образом.

Пример 1. Воду 11 в трубке

10 замораживают при,помощи ванны с жидким азотом, при этом клапаны 6,7 открыты, а клапан 5 закрыт. Насосом

16 создают разрежение,в системе до

2 10 5 мм рт.ст,, затем клапаны б, 7 закрывают, доводят воду до Î С и 65 помещают вокруг сосуда с водой нанну с ледяной смесью, при этом давление в системе поднимается до 4,579 мм т. ст., что соответствует давлению ров воды при ООС. Температуру нагю ревателя 8 регулируют при этом таким образом, чтобы температура геттерного блока 9 поднялась до 150-700 С, преимущественно до 200-500 С, давление контролируют манометрическим датчиком 3 и на индикаторном узле 15 замеряют приращение веса геттерного блока 9.

Величины давления и прнращения веса служат характеристиками активности геттерного блока, которая представлена в графическом виде на фиг.2, где по оси абсцисс отложено унеличение веса в мг, по оси ординат общее давление в системе в мм рт. ст.

Кривой 17 представлена характеристика предлагаемого геттерного материала.

Ход кривой 17 показывает, что давление паров воды увеличивается от нулевого до слегка выше равновесного при О С и остается на этом уровне о или вблизи него до тех пор, пока геттерный блок 9 не получит приращение веса около 30 мг. С этого момента давление в системе возрастает выше теоретического, равного 4,579 мм рт.ст., которое указывает, что геттерное устройство больше не сможет поглощать весь водород из воды.

Анализ газа н системе 1 газоана.лизатором 4 указывает на присутствие водорода, а это подтверждает снижение водосорбционной способности геттерного устройства.

Пример 2. В условиях примера 1 проводят испытание водосорбционной способности геттерного материала на основе третичного сплава, содержащего, вес.Ъ: никеля - 5,03, титана - 9,30 и циркония - 82,00 (остальное нерастворимые окислы циркония и титана).

Геттерный блок готовят также иэ порошка размером менее 60 мкм, вес блока составляет 568 мг.

Кривой 18 представлена характеристика известного.геттерного блока.

Ход кривой 18 показывает, что давление в системе сразу поднимается выше теоретического и все время остается выше этого значения (сегмент 19), что указывает на наличие в системе газа, отличного от паров воды. Анализ состава этой смеси н системе посредством гаэоанализатора 4 показывает, что этим газом является водород.

Сравнение иэнестного и предлагаемого способов по фиг. 2 позволяет сделать вывод, что эффективность поглощения паров води без выделения водорода предлагаемым способом в б раз выше.

862814

Таким образом, применение предла« гаемого способа позволяет ссрбировать пары воды при высоких температурах фее выделения из них водорода, что, в Свою очередь, создает возможность для уменьшения водородной хрупкости стенок ТВЭЛов атомных реакторов. 5

Формула изобретения

Способ поглощения паров воды геттерным материалом, включающий их контактирование при.парциальном давлении паров воды или смеси паров воды с гелием 0,1-100 мм рт.ст. и температуре 150-700 С, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью обеспечения равнбмерного извлечения кислорода и водорода в процессе поглоще ния паров воды для предотвращения хрупкости и ломки материала оболочки

ТВЭЛа, в качестве геттерного материала используют бинарный сплав циркония и никеля состава Zr Ni.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

l. Патент ФРГ Р 2259570, кл. G 21 G 3/18, 1973.

2. Патент Великобритании

Р 1370208i кл. G 621 С 3/18, 1974 (прототип).

862814

ФЦФ

Составитель Р Пензин

Редактор Т.Колодцева ТехредМ.Коштура Корректор Л.Иван

Заказ 6641/56 Тираж 706 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент,. r. Ужгород, ул. ПроектнЬя, 4