Чем опасно соприкосновение натрия с водой. Как протекает соответствующая реакция.

При использовании натрия в качестве теплоносителя необходимо учитывать опасность, возникающую в результате возможной реакции натрия с водой. Соприкосновение натрия с водой или водяным паром может возникнуть при различных обстоятельствах. Наибольшую опасность представляют утечки натрия в водяной контур или воды в натриевый контур при использовании парогенераторов с натриевым теплоносителем.

Кроме того, соприкосновение натрия с водой возможно при заполнении жидким металлом недостаточно просушенного контура теплоносителя или промывке водой теплообменной системы после ее работы.

Реакция натрия с водой сопровождается выделением газообразного водорода и большого количества тепла и может привести к аварии установки. При условии протекания этой реакции на большой поверхности она может вызвать взрыв. Если реакция между натрием и водой происходит в жестком герметичном сосуде, то образующийся водород создает высокое давление в контейнере и может привести к разрыву его стенок.

Взаимодействие натрия с водой протекает в соответствии с одним из двух следующих уравнений:

Механизм протекания реакции следующий. При соприкосновении жидкого натрия с водой выделяющийся газообразный водород тотчас же разделяет реагирующие вещества, в связи с чем время, неооходимое для завершения реакции, зависит главным образом от условий перемешивания реагирующих веществ. Если площадь контакта натрия с водой постоянна, то и скорость реакции будет постоянной.

126. Как влияют примеси на коррозионную активность натрия?

Промышленность изготовляет технически чистый натрий с содержанием примесей не более 0,3–0,4%.

Примеси в натрии.

Основными источниками примесей являются загрязненность теплообменного контура, недостаточная очистка защитных газов, коррозия конструкционных материалов и ядерные реакции. Присутствие примесей в натриевом теплоносителе крайне нежелательно, потому что они увеличивают радиоактивность теплообменного контура, ускоряют коррозию конструкционных материалов и ухудшают тепловые свойства натрия.

Самой распространенной и вызывающей наибольшие затруднения примесью является кислород, который находится в натрии в виде окиси Na₂O. Растворенный в натрии кислород энергично окисляет различныеконструкционные материалы, вследствие чего их коррозионная стойкость заметно уменьшается. Кроме того, растворимость кислорода в натрии резко возрастает с увеличением температуры.

Особенно сильную чувствительность к кислороду в натрии проявляют цирконий, ванадий, бериллий и ниобий. Коррозионная, стойкость их резко падает уже при незначительном количестве кислорода; в то же время в чистом натрии все эти металлы не корродируют. При содержании кислорода в натрии в количестве свыше 0,01% заметно увеличивается скорость коррозии многих конструкционных материалов. Если содержание кислорода превышает предел насыщения, заметно понижается стойкость даже нержавеющих сталей.

Из металлических примесей наиболее вредными являются магний и кальций, взаимодействующие с никелем и некоторыми другими легирующими компонентами жаропрочных сталей. Кроме того, в случае повышенного содержания кальция последний восстанавливает окись натрия, образуя еще менее растворимую окись кальция. Примеси калия существенно снижая теплопроводность натрия, когда содержание калия превосходит 0,1%.

127.Назовите основные причины, почему литий не используется в качестве теплоносителя ядерных реакторов?

Основная причина этого заключается в том, что стабильный изотоп лития ⁶Li, содержащийся в природном литии в количестве ~7,4%, является сильным поглотителем тепловых нейтронов. В принципе литий можно сделать равноценным натрию в отношении захвата тепловых нейтронов, если содержание изотопа ⁶Li уменьшить с 7,4 до 0,26%. В этом случае литий будет очень хорошим жидкометаллическим теплоносителем. Однако стоимость процесса обогащения природного лития изотопом ⁷Li очень высока, и поэтому обогащенный литиевый теплоноситель получается весьма дорогим.

Технический литий значительно более агрессивен по отношению к конструкционным материалам, чем натрий или калий. При этом оказывается, что стойкость материалов в литии весьма существенно зависит от примесей, имеющихся в нем. Особенно агрессивен нитрид лития Li₃N, который образуется при взаимодействии азота как с твердым, так и с расплавленным металлом. Не найдено пока что ни среди металлов, ни среди керамических веществ материала, способного успешно сопротивляться коррозии в среде расплавленного нитрида лития. Столь же агрессивны окислы лития, обусловленные присутствием кислорода в расплавленном металле.

Назначение конструкционных материалов. Виды конструкционных материалов. Можно ли использовать конструкционные материалы как замедлитель и отражатель в уран-графитовых и водо-водяных энергетических реакторах.

Назначение конструкционных материалов – обеспечить требуемый уровень механической прочности, общую компоновку и физико-химическую защиту основного оборудования и всей АЭС от коррозии и радиоактивного загрязнения. Основные узлы реакторов, в которых находят применение конструкционные материалы, – это оболочки твэлов, корпуса давления, каналы теплоносителя, плита или решетка основания активной зоны, системы прокачки теплоносителя, элементы СУЗ и др.

Выбор того или иного конструкционного материала определяется типом реактора деления. Например, дня корпусов легководных реакторов LWR используют углеродистую или малоуглеродистую сталь, в реакторах на быстрых нейтронах с жидкометаллическим теплоносителем – аустенитную нержавеющую сталь, в высокотемпературных газоохлаждаемых реакторах (HTGR) – предварительно напряженный бетон с обшивкой из нержавеющей стали.

Оболочки твэловлегководных и тяжеловодных реакторов изготавливают из сплавов циркония (циркалоев), быстрых реакторов – из аустенитной нержавеющей стали (типа 316), газоохлаждаемых реакторов с графитовым замедлителем – из сплавов магния (магноксы), тепловых исследовательских реакторов – из чистого алюминия и его сплавов.

Керамики ВеО, МgO или графит можно использовать как конструкционный материал, а также как замедлители или отражатели в высокотемпературных газоохлаждаемых реакторах на тепловых нейтронах и в AGR соответственно.

Из керметов в качестве материала стержней управления тепловыми и быстрыми реакторами используется борированная нержавеющая сталь. Для корпусов больших газоохлаждаемых реакторов применяют предварительно напряженный железобетон.