Химические транспортные реакции и моделирование поведения различных керамик в токамаке Т‑11М с экспериментальным подтверждением на электротехническом фарфоре

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Исследованы химические транспортные реакции (ХТР), протекающие во внутрикамерном пространстве токамака Т-11М при использовании элементов электроизоляционной керамозащиты на основе электротехнического фарфора (ЭТФ). Показано, что механизмы протекания ХТР, их преобладающие продукты и зоны накопления последних зависят от компоновки – наличия или отсутствия экранировки из стальной фольги элементов керамозащиты. Установлено, что экранирование защитных внутрикамерных ЭТФ-элементов не подавляет ХТР полностью, но приводит к смене его механизма. Таким образом, керамозащита, выполненная из ЭТФ или корунда (Al2O3), даже будучи снабженной стальной экранировкой, не исключает попадание в поток плазмы элементов с высокими значениями Z (Al и Si). В случае использования ЭТФ стальная экранировка способна осложнить ситуацию, обусловив дополнительную эмиссию железа, образующего летучий силицид. Показано решающее значение двух факторов при выборе оптимальной металлоксидной керамики: расположения соответствующего металла в ряду Бекетова и его летучести. Расчеты последней проводили с использованием современного программного обеспечения на основе уравнения Клапейрона-Клаузиуса. Периклазовая (MgO) и литийоксидная (Li2O) керамики рекомендованы как оптимальные для внутрикамерных элементов электроизоляционной защиты.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Н. Т. Джигайло

АО “ГНЦ РФ «ТРИНИТИ»”

Автор, ответственный за переписку.
Email: lvt@triniti.ru
Россия, Москва

В. Б. Лазарев

АО “ГНЦ РФ «ТРИНИТИ»”

Email: lvt@triniti.ru
Россия, Москва

С. В. Мирнов

АО “ГНЦ РФ «ТРИНИТИ»”

Email: lvt@triniti.ru
Россия, Москва

А. Н. Щербак

АО “ГНЦ РФ «ТРИНИТИ»”

Email: lvt@triniti.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Мирнов С.В. Физические процессы в плазме токамака. М.: Атомиздат, 1983. С. 70.
  2. Девятых Г.Г., Еллиев Ю.Е. Введение в теорию глубокой очистки веществ. М.: Наука, 1981. Гл. 2. С. 25.
  3. Большова Т.А., Брыкина Г.Д., Гармаш А.В.и др. Основы аналитической химии. В 2 кн. Кн. 1. Общие вопросы. Методы разделения. / Под ред. Ю.А. Золотова. М.: Высш. школа, 2004. С. 66.
  4. Hansen P.A., Nielsen V. // J. Biol. Chem. 1939. V. 131. P. 309.
  5. Roskam R.Th., Langen D. // Anal. Chim. Acta. 1964. V. 30. P. 56.
  6. Zhang K., Ding R., Peng J. et al. // Plasma Sci. and Techn. 2021. V. 23. № 7. P. 075. https://doi.org/10.1088/2058-6272/ac0491
  7. Богородицкий Н.П., Пасынков В.В., Тареев Б.М. Электротехнические материалы. Изд.6-е, перераб. Л.: Энергия, 1977. 352 с.
  8. https://elektrolife.ru/tipy-termopar-i-ih-parametry/.
  9. Хабас Т.А., Вакалова Т.В., Громов А.А., Кулинич Е.А. Рентгенофазовый анализ. Методические указания. Томск: изд-во Томского политехнич. ун-та, 2007. 40 с.
  10. Сидоренко Г.А., Борискин В.П., Масалович Н.С. и др. Классификация по категориям точности методов фазового анализа минерального сырья и допустимые погрешности (допуски) при их реализации. Методические указания № 36. М.: Научный совет по методам минералогических исследований (НСОММИ) при ВИМС им. Н.М. Федоровского, 1994. С. 5.
  11. Massalski T.B., Murray J.L., Bennett L.H., Baker H. Binary Alloy Phase Diagrams. Ohio, Metals Park: American Society for Metals, 1986. V. 2. 2 224 p.
  12. Zheng T. Mechanisms of Phase Transformations in Aluminum Anodes for Lithium-based Batteries. Ph.D. thesis. The Hong Kong Polytechnic University, Department of Electrical Engineering – Hong Kong, 2020. 163 p.
  13. Özaydın O., Kaya Y., Dışpınar D. // La Metallurgia Italiana (Int. J. of Ital. Associat. for Metallurgy). 2021. № 11/12 (Nov./Dec.). P. 19. http://www.aimnet.it/la_metallurgia_italiana/2021/novembredicembre/ozayd%C4%B1n.pdf
  14. Belov N.A., Eskin D.G., Aksenov A.A. Multicomponent Phase Diagrams. Applications for Commercial Aluminum Alloys. Amsterdam; Boston: Elsevier Sci., 2005. 424 p. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-044537-3.X5000-8
  15. Ye K., Zhang M.L., Chen Ye et al. // Metall. & Mater. Trans. B. 2010. V. 41. Iss. 3. P. 691. https://doi.org/10.1007/s11663-010-9354-8
  16. Tebbe K.-F., v. Schnering H.G., Rüter B., Rabeneck G. // Z. für Naturforschung B (J. of Chem. Sci.). 1973. V. 28b. P. 600. https://doi.org/10.1515/znb-1973-9-1010
  17. Konys J., Borgstedt H.U. // J. Nucl. Mater. 1985. V. 131. Iss. 2–3. P. 158. https://doi.org/10.1016/0022-3115(85)90454-4
  18. Yu H.-l., Duan X.-h., Ma Yo.-j., Zeng M. // Chin. J. of Chem. Phys. 2012. V. 25. No. 6. P. 659. https://doi.org/10.1088/1674-0068/25/06/659-665
  19. http://rareearth.ru/ru/pub/20180702/04001.html
  20. Chaplygin K.K., Voronin S.V. // Int. Conf. “Scanning Probe Microscopy” (“SPM-2018”). Ekaterinburg, Russia. 26–29 August 2018. P. 108. https://elar.urfu.ru/bitstream/10995/80816/1/ 978-5-9500624-1-4_2018_077.pdf
  21. Справочник химика. Том 3. Химическое равновесие и кинетика. Свойства растворов. Электродные процессы. / Под ред. Б.П. Никольского и В.А. Рабиновича. 2-е изд., перераб. и дополн. М., Л.: Химия, 1965. 1008 с.
  22. Петрова Л.Г., Тимофеева Г.Ю., Демин П.Е., Косачев А.В. Основы электрохимической коррозии металлов и сплавов. / Под общ. ред. Тимофеевой Г.Ю. М.: МАДИ, 2016. 148 с.
  23. Михайлов В.Н., Евтихин В.А., Люблинский И.Е. и др. Литий в термоядерной и космической энергетике XXI века. М.: Энергоатомиздат, 1999. С. 343.
  24. Полинг Л. Общая химия. М.: Мир, 1974. 846 с.
  25. Lener G., Otero M., Barraco D.E., Leiva E.P.M. // Electrochim. Acta. 2018. V. 259. P. 1053. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2017.10.126
  26. Глинка Н.Л. Общая химия. 24-е изд. Л.: Химия, 1985. 702 с.
  27. Васина Я.А., Джурик А.С., Пришвицын А.С. и др. // ВАНТ. Сер. Термоядерный синтез. 2020. Т. 43. Вып. 3. С. 47.
  28. http://aluminium.atomistry.com/aluminium_silicide.html.
  29. Gordeeva I., Kolotova L., Starikov S. // Scripta Materialia. 2022. V. 210. Article No. 114481.
  30. http://dfgdnc.cn/wwwen/e/action/ShowInfo.php? classid=12&id=116.
  31. https://www.nanotrun.com/aluminum-silicidealsi2-powder-p00122p1.html.
  32. Smith M.G. (Sr.), Mann D.C. Data Storage Card, Having a Non-Magnetic Substrate and Data Surface Region and Method for Using Same. US Patent. 2005. № 6, 857, 569 B1. P. 10.
  33. Zürcher S. Systematic Investigations on the Transition from Zintl Phases to Intermetallics. Doctor of Natural Sciences thesis. Zürich: Swiss Federal Institute of Technology (ETH), the Institute of Inorganic Chemistry, 2001. Dissertation ETH Nr. 14248. 215 p.
  34. https://webbook.nist.gov/cgi/cbook.cgi? ID=C7429905&Mask=4 (NIST Chemistry WebBook, SRD69, Aluminum)
  35. https://www.physics.nist.gov/cuu/Constants/index.html (Коэффициенты преобразования эквивалентов энергии, основанные на рекомендациях Комитета по данным для науки и техники (CODATA) Международного совета по науке (ISC) от 2010 г.)
  36. CRC Handbook of Chemistry and Physics, 84th ed. / Lide D.R. (Ed.-in-Ch.). Boca Raton: CRC Press. 2003. Section 4. Properties of the Elements and Inorganic Compounds; Vapor Pressure of the Metallic Elements. P. 4.
  37. Alcock C.B., Itkin V.P., Horrigan M.K. // Canad. Metallurgic. Quarterly (Canad. J. of Metallurgy & Materials Sci.). 1984. V. 23. Iss. 3. P. 309. https://doi.org/10.1179/cmq.1984.23.3.309
  38. https://socratic.org/questions/how-do-you-calculate-boiling-point-at-different-pressures
  39. http://www.trimen.pl/witek/calculators/wrzenie.html
  40. https://бмэ.орг/index.php/УКСУСНЫЙ_АЛЬДЕГИД.
  41. Кучеров М.Г. // СПб.: Журн. Русск. физ.-хим. общ. 1881. Т. 13. Вып. 8. С. 542.
  42. Реутов О.А., Курц А.Л., Бутин К.П. Органическая химия. В 4-х частях. Часть 1. 2-е изд. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2005. С. 500.
  43. Alothman A.A. The Synthesis and Applications of Tungsten and Vanadium Ox-ides/Oxyhydroxides in Both Bulk and Nanoparticulate Forms. Chem. Ph.D. thesis. Oklahoma: the Oklahoma State University, the Faculty of the Graduate College, 2016. 233 p.
  44. ГОСТ 5632–2014. Нержавеющие стали и сплавы коррозионно-стойкие, жаростойкие и жаропрочные. Марки (с Изм. № 1). http://docs.cntd.ru/document/1200113778
  45. Электронная страница сайта производителя стали – ООО “Воткинский завод термического оборудования”. http://vzto.ru/materials/12h18n10t.html
  46. Tucker S.A., Moody H.R. // J. of Am. Chem. Soc. 1911. V. 33. No. 9. P. 1478. https://doi.org/10.1021/ja02222a004
  47. Kočan M., Gunn J.P., Lunt T. et al. // Rev. Sci. Instrum. 2013. V. 84. Iss. 7. P. 073501. https://doi.org/10.1063/1.4812341
  48. Шевко В.М., Сержанов Г.М., Бадикова А.Д., Утеева Р.А. // Межд. журн. прикл. и фунд. иссл. 2014. № 10 (ч. 3). С. 41. https://applied-research.ru/ru/article/view?id=6022
  49. Nikolaychuk P.A. // Chem. Problems. 2019. No. 2 (17). P. 155. https://cyberleninka.ru/article/n/thermodynamic-assessment-of-chemical-and-electrochemical-stability-of-iron-silicides
  50. https://www.azom.com/article.aspx? ArticleID=9881
  51. https://www.chem.msu.ru/cgi-bin/tkv.pl? joules=1&allow_more_atoms=&brutto=FeSi& volno=6&letter=+&allow_no_ions=&no=1789& allow_additional_elements=&tabno=42&show= termodata&pg=0
  52. https://www.nuclear-power.com/iron-melting-point-boiling-point/
  53. Desai P.D. // J. Phys. Chem. Ref. Data. 1986.V. 15. No. 3. P. 967. https://doi.org/10.1063/1.555761
  54. https://uwaterloo.ca/chemistry/internationalyear-chemistry/periodic-table-project/silicon
  55. http://thermocomponents.ru/catalog/tekhnicheskayakeramika/izdeliya-iz-periklazovoy-keramiki-mgo-do- 2300s/
  56. Жуховицкий А.А., Шварцман Л.А. Физическая химия. – 3-е изд., перераб. и доп. М.: Металлургия, 1976. С. 233.
  57. Иванов М.Г., Нечаев А.В. Свойства металлов. Екатеринбург: Изд-во УрФУ, 2014. Приложение. Табл. 5. С. 164.
  58. Коробов М.В. Физическая химия. Часть 1. М.: Изд-во МГУ (проект “teach-in”), 2016. С. 76. https://teach-in.ru/file/synopsis/pdf/physical-chemistry-part-1-M-3.pdf
  59. Hasbu S.N.H. Synthesis and Characterization of Lithium-Substituted of Magnesium Oxide. Appl. Chem. B. Sc. (Hons.) thesis. Shah Alam: MARA University of Technology, the Faculty of Applied Sciences, 2010. 5 p.
  60. https://www.rsc.org/periodic-table/element/14/silicon
  61. https://www-s.nist.gov/m-srmors/certificates/742.pdf (NIST Certificate for Standard Reference Material 742 – Aluminum Oxide. Pyrometric Standard.)
  62. Paja̦czkowska A., Reiche P., Klimm D. (auth.) Encyclopedia of Materials: Science and Technology. The 2nd ed. / Cahn R.W. (Ed.-in-Ch.) Oxford: Pergamon Press, 2001. Chapter “MgO, MgAl2O4, α-Al2O3, LiAlO2, LiGaO2, NdGaO3, and SrLaGaO4: Bulk Growth”. P. 5572. https://doi.org/10.1016/B0-08-043152-6/00974-8
  63. https://webbook.nist.gov/cgi/cbook.cgi? ID=C7439954&Mask=FFF#Thermo-Phase (NIST Chemistry WebBook, SRD69, Magnesium)
  64. Lamoreaux R.H., Hildenbrand D.L. // J. Phys. Chem. Ref. Data. 1984. V. 13. No. 1. P. 151. https://doi.org/10.1063/1.555706
  65. Тажибаева И.Л., Кульсартов Т.В., Кенжин Е.А. и др. // ВАНТ. Сер. Термоядерный синтез. 2008. Т. 31. Вып. 1. С. 3. http://vant.iterru.ru/vant_2008_1/1.pdf
  66. Van der Laan J.G., Reimann J., Fedorov A.V. (auth.) Comprehensive Nuclear Materials. The 2nd ed. / Konings R.J.M., Stoller R.E. (Ed.-in-Ch.) Amsterdam; London: Elsevier Sci., 2020 (last v.), 2016 (for v 6). V. 6. Chapter “6.05 – Ceramic Breeder Materials” (Subchapter “6.05.3.1 Base Properties”). P. 114. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-803581-8.00733-5

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Фазовая диаграмма состояния в системе Li – Al по данным исследования Массальски и Мюррея: по оси абсцисс – ат. (мол.) % Li, по оси ординат – температура в °C. Область существования фазы AlLi5 выделена нами

Скачать (134KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Сопоставление внешнего вида наслоений верхнего слоя из настоящей работы (а) с микрофотографиями двух интерметаллидов: AlLi5 (б) и срез слоя β-AlLi над Al (в), полученных в работе [12]

Скачать (177KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Ряд активности металлов

Скачать (128KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Оценка значения Ткип.(Al) при P ~1×10–4 Па с помощью специальной расчетной программы, использующей уравнение Клапейрона–Клаузиуса, энтальпию кипения вещества и калибровку по известному соответствию P – Ткип. [39]

Скачать (222KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024