Способ поглощения паров воды геттерным материалом

(71) Заявител 54) СПОСОБ ПОГЛОЩЕНИЯ ПАРО МАТЕРИАЛОМЕТТЕРНЫМ ьной экспл а внутри т(ТВЭЛа) в рые в далькислород поглощения парериалом, состоященных на основего сплава, соде(1) .соба ягетте ен способ ерным матиэготовл мпонентноБ 1 и Т 1 атком спо отовления Извес воды гет из полос четырехко жащего 2Недост ность иэ м вляется слрного мат Изобретение относится к способам поглощения воды геттврными соединениями и может быть использовано для изготовления геттерного блока тепловыделяющих элементов атомных реакторов.В процессе длител уатации атомного реактор епловыделяющего элемента ыделяются пары воды, кото нейшем могут разлагаться на и водород.Выделение водорода способствует его соединению с цирконием, составляю щим основной конструкционный материал (в чистом виде или в виде спла" вов) ТВЭЛа, при этом хрупкость металла .возрастает, что может привести к возникновению аварийной ситуации. Во иэбежание этОго ТВЭЛы оснащают геттерным блоком, способным поглощать пары воды. риала и его малая эффективность поотношению к парам воды,Наиболее близким по техническойсущности и достигаемому результатук предлагаемому изобретению являетсяспособ поглощения паров воды,геттерным материалом на основе третичногосплава 2 г-Т 1-Н 1 под названием Хи"паллой (2). Способ осуществляетсяпутем контактирования паров воды сгеттерным материалом.при парциальномдавлении паров воды или смеси паровводы с гелием 0,1 - 100 мм рт. ст.и температуре 150-700 С, т.е. в усло 15 виях работы ТВЭЛа атомного реактора.Недостатком такого. способа является марая емкость но парам воды ипреимущественное поглощение из паровкислорода, что приводит к возникно 20 вению водородной хрупкости конструкционных материалов ТВЭЛов.Цель изобретения - обеспечениеравномерности извлечения кислорода иводорода в процессе поглощения паров25 воды для предотвращения хрупкости иломкости материала оболочки ТВЭЛа.Это достигается способом поглощения паров воды геттерным материалом,в качестве которого используют бинар 30 ный сплав циркония и никеля составаЗгЯ 1, включающим их контактированиепри парциальном цавлении паров водыили смеси паров воды с гелием в диапазоне 0,1-100 мм рт. ст. и температУРе 150-7006 С,Отличительным признаком способаявляется использование в качествегеттерного материала для поглощенияпаров воды бинарного сплава цирконияи никеля состава ЕгМ.Технология способа состоит в следующем.Геттерный материал получают иэчистого соединения Ег Б 1 путем егомеханического размола до размеров менее 60 мкм и последующего прессования порошка до получения пористой ком пактной массы при давлении 30008000 кг/см.Получившийся геттерный блок помещают в поток аргона, насыщенный парами воды при 75 С до парциального дав- ро,ления 23-80 мм рт. ст и нагревают до150700 С в течение 10 мин, после чего блок охлажцают и измеряют содержание водорода, которое является меройпоглощения паров воды, известными ме-тодами.1 мг ЕгБ 1 поглощает в этих условиях около 0,5 смводорода, что соответствует 5 вес.Ъ воды.На фиг. 1 изображена схема специальной установки для измерения водосорбционных характеристик геттерныхматериалов.Установка состоит из замкнутой системы 1, снабженной микровесами 2, манометрическим датчиком 3 и газоана- З 5лизатором 4, например газовым хроматографом или масс-спектрометром. Газоаналиэатор изолирован от системыклапаном 5. Система 1 соединена с вакуумным насосом клапаном б, а также 40оборудоэана клапаном 7. Вне системы1 находится нагреватель 8, которыйприменяют для поддержания заданнойтемпературы геттерного блока 9, Геттерный блок 9, приготовленный из порошка с размером частиц менее 60 мкм,имеет цилиндрическую форму диаметром8,1 мм, высотой 2,2 мм и весом 593 мг.Система снабжена также трубкой 10 снекоторым количеством воцй 11. Трубку10 окружает ванна 12 с льдоводянойсмесью. Микровесы 2 имеют магнит 13с обмотками 14, соединенными с индикаторным узлом 15, который преобразует величину тока в обмотках 14 в разность веса между геттерным блоком и 55стандартной навеской.Измерение водосорбционных характеристик производят следующим образом.П р и м е р 1. Воду 11 в трубке10 замораживают при,помощи ванны сжидким азотом, при этом клапаны 6,7открыты, а клапан 5 закрыт. Насосом16 создают разрежение,в системе до2 а 10-5 мм рт.ст затем клапаны 6,7 закрывают, доводят воду до ОфС и 65 помещают вокруг сосуда с водой ваннус ледяной смесью, при этом давлениев системе поднимается до 4,579 ммт. ст., что соответствует давлениюров воды при ООС, Температуру нагюревателя 8 регулируют при этом такимобразом, чтобы температура геттерного блока 9 поднялась до 150-700 С,преимущественно до 200-500 С, давление контролируют манометрическим датчиком 3 и на индикаторном узле 15замеряют приращение веса геттерногоблока 9,Величины давления и прнращениявеса служат характеристиками активности геттерного блока, которая представлена в графическом виде на фиг,2,где по оси абсцисс отложено увеличение веса в мг, по оси ординат общеедавление в системе в мм рт. ст.Кривой 17 представлена характеристика предлагаемого геттерного материала.Ход кривой 17 показывает, чтодавление паров воды увеличивается отнулевого до слегка выше равновесного при О С и остается на этом уровнеоили вблизи него до тех пор, пока геттерный блок 9 не получит приращениевеса около 30 мг. С этого моментадавление в системе возрастает вышетеоретического, равного 4,579 ммрт.ст., которое указывает, что геттерное устройство больше не сможетпоглощать весь водород из воды.Анализ газа в системе 1 газоана.лизатором 4 указывает на присутствиеводорода, а это подтверждает снижение водосорбционной способности геттерного устройства,и р и м е р 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 иэпорошка размером менее 60 мкм, весблока 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 в системе посредством гаэоанализатора 4 показывает, что этим газом является водород. Сравнение известного и предлагаемого способов по фиг. 2 позволяет сделать вывод, что эффективность поглощения паров води без выделения водорода предлагаемым способом в б раз выше.Таким образом, применение предлагаемого способа позволяет ссрбироватьпары воды при высоких температурахфее выделения из них водорода, что,в Свою очередь, создает возможностьдля уменьшения водородной хрупкостистенок ТВЭЛов атомных реакторов. 5 формула изобретенияСпособ поглощения паров воды гет О терным 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 ющ и й с я тем, что, с целью обеспечения равнбмерного извлечения кислорода и водорода в процессе поглощения паров воды для предотвращенияхрупкости и ломки материала оболочкиТВЭЛа, в качестве геттерного материала используют бинарный сплав циркония и никеля состава 2 гйИХ.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент ФРГ Р 2259570,кл. С 21 6 3/18, 1973.2, Патент Великобритании9 1370208 кл. 6 621 С 3/18, 1974862814 Составитель Р Пензинактор Т.Колодцева ТехредМ,Коштура Корректор Л.Ивйв П фПатентф,. г. Ужгород, ул. Проектная ил аказ 6641/Бб Тираж 70 ВНИИПИ Государственно по делам изобретен 113035, Москва, Ж, Подписикомитета СССРи открытийушская наб., д. 4/