Нейтронды сәулелену кезіндегі литий керамикасы бар реакторлық ампулалық құрылғыдағы термомеханикалық кернеулер мен деформацияларды есептеу
DOI:
10.26577/RCPh.2023.v86.i3.05Кілт сөздер:
simulation, lithium ceramics, pebble bed, deformationsАңдатпа
Реакторлық эксперименттер термоядролық қондырғылардың перспективалы функционалды материалдарының нейтронды және гамма – сәулеленудің, газ ортасының және жылу жүктемелерінің бір мезгілде әсер ету жағдайында жұмыс қабілеттілігін бағалаудың бірнеше қол жетімді әдістерінің бірі болып қала береді. Нейтронды сәулелену жағдайында сынақтар сандық модельдеуді (ақырлы элементтер әдісі) қолданумен бірге толтырудың макроскопиялық реакциясын жеке шардағы микроскопиялық өзара әрекеттесулермен байланыстыра отырып, оралған шар қабаттарының күрделі механикалық әрекетін толық түсінуге әкелуі мүмкін.
Бұл жұмыстың мақсаты ВВР-К (Алматы, Қазақстан) реакторында сәулелену кезінде зерттелетін керамика үлгілері орналастырылатын керамикалық шарлардан және сәулелендіру құрылғысының корпусынан толтыруда туындайтын термомеханикалық кернеулер мен деформацияларды модельдеу тәртібі мен нәтижелерін сипаттау болып табылады.
Есептеу нәтижелері көрсеткендей, ВВР-К сәулелендіру құрылғысының капсуласына тығыз құйылған керамика шарлары толтыру ішінде қозғала алмайтындай етіп, 1073 К дейін қызған кезде 10-дан 80 МПа-ға дейінгі термомеханикалық жүктемелерге ұшырайды, бұл Li4SiO4 керамикасының 60 МПа беріктік шегінен асады. Жүктемесі беріктік шегінен асатын шарлардың үлесі олардың жалпы санының 5-тен 10% - на дейін болады. Бұл жағдайда капсула 1-2 мм төмен қарай жылжиды және капсуланы монтаж фланецімен байланыстыратын болат вакуумдық түтіктердің термиялық ұзаруының әсерінен радиалды түрде 200 мкм-ге кеңейеді. Түтіктердің беріктігі бұзылмайды.
Сыртқы қысымның кейбір мәндерінде шарлар толтырудың үстіндегі бос аймаққа күрт ауысады ("секіреді"), қалған шарларға қысымды төмендетеді. Осы модель шеңберінде мұндай мінез-құлықты сипаттау мүмкін емес. Жоғарыда келтірілген есептеулер нейтронды сәулелену кезінде литий керамикасының тығыздалған толтырғыштары үшін мәндерге ие. Керамикалық шарлардың ықтимал бұзылуын болдырмаудың мүмкін әдісі капсула қабырғасының қалыңдығын 2-3 есе азайту, бұл капсула қабырғаларының икемділігінің жоғарылауына, толтыру қабырғасының қысымының төмендеуіне және капсула мен керамиканың қыздыру температурасының төмендеуіне әкеледі.
Әдебиеттер тізімі
Y. Someya, K. Tobita, et al., Fusion Engineering and Design 98–99, 1872–1875 (2015).
G. Federici, R. Kemp, et al. Fusion Engineering and Design, 89, 882–889 (2014).
L. Boccaccini, L. Giancarli, et al. Journal of Nuclear Materials, 329–333, 148–155 (2004).
F. Cismondi, S. Kecskés, et al., Fusion Engineering and Design, 84, 607–612 (2009).
F. Hernández, F. Cismondi, B. Kiss, Fusion Engineering and Design, 87, 1111–1117 (2012).
R. Bhattacharyay Fusion Engineering and Design, 89, 1107–1112 (2014).
Q. Cao, F. Zhao, et al., Plasma Science and Technology, 17, 607–611 (2015).
M. Enoeda, H. Tanigawa, et al. Fusion Engineering and Design, 89, 1131–1136 (2014).
D.W. Lee, H.G. Jin, et al., Fusion Engineering and Design, 98–99, 1821–1824 (2015).
A.A. Shaimerdenov, et al., Bulletin of NNC RK, 1, 104-111 (2020). (in Russ.).
COMSOL Multiphysics Simulation Software / Software developers website [Electronic resource]. Access mode: https://www.comsol.com/comsol-multiphysics (Accessed 05/11/2023).
A.M. Akhanov, M.T. Aitkulov, et al., Applied Radiation and Isotopes, 190, 110472 (2022).
S. Pupeschi, M. Moscardini, et al., Fusion Engineering and Design, 134, 11–21 (2018).
S. Pupeschi, R. Knitter, M. Kamlah Fusion Engineering and Design, 116, 73–80 (2017).
Chu Cha-Yang, Bär Kai, et al., Journal of American Ceramic Society, 72 (9),1643-1648 (1989).
