18. Причины возникновения коррозии в воде. Понятие двойного электрического слоя

В процессе эксплуатации энергетического оборудования происходит разрушение металла вследствие протекания физико-химических процессов на границе раздела металл – теплоноситель (вода). Такое разрушение металла называется коррозией.

В ЯУ разрушение вследствие коррозии оболочек ТВЭЛОВ, теплообменников может привести к остановке реактора.

По механизму протекания коррозионного процесса следует различать два типа коррозии:

1. Химическая, подчиняется чисто химическим законам гетерогенных реакций

2. Электрохимическая, протекает в присутствии электролитически проводящей среды

По условиям протекания коррозионного процесса различают сле­дующие виды электрохимической коррозии:1 .коррозия при полном, частичном и переменном погружении в электролит;

2. щелевая и контактная коррозия;

3. коррозия под действием механических напряжений.

В зависимости от вида коррозионного разрушения принято под­разделять коррозию на общую и местную. В первом случае коррозии подвергается вся поверхность металла, во втором - только часть ее. Оценить влияние водного теплоносителя на ресурс оборудования АЭС можно лишь с учетом процессов, протекающих на границе металл – вода, где образуется двойной электрический слой.

Контакт с молекулами воды существенным образом влияет на свойства поверхности металла. Электроны металла, находящиеся в зоне проводимости, вследствие кулоновского взаимодействия с положительным зарядом молекул воды образуют в металле отрицательный слой. Отрицательные заряды молекул воды создают положительно заряженный слой. Оба слоя как бы образуют как бы двойной электрический слой.

Двойной электрический слой

Контакт с молекулами воды существенным образом влияет на свойства поверхности металла. Молекула воды может случайным образом ориентироваться относительно поверхности, как это изображено на рисунке 1,а. Электроны металла, находящиеся в зоне проводимости, вследствие кулоновского взаимодействия с положительным зарядом молекулы воды (которая является диполем) образуют в металле отрицательно заряженный слой. Положительные заряды молекул воды, ориентированные в положенииа, создают положительно заряженный слой. Оба эти слоя образуют плоский конденсатор илидвойной электрический слой. На участке поверхности металла, откуда электроны ушли на образование отрицательно заряженного слоя, возникает недостаток электронов, и энергетически выгодным станет образование двойного слоя при положении молекул воды согласно схеме рисунок 1,б. Между атомами металла и молекулами воды, образующими наружную обкладку двойного слоя, никакого вещества нет. В связи с этим кулоновские силы между зарядами металлической поверхности и зарядами молекулы воды не ослабляются и диэлектрическая постоянная может быть принята равной единице.

19. Терморадиационные повреждения оболочек твэл. Требования к материалу оболочки.

К числу основных повреждений твэлов в процессе эксплуатации следует отнести изменение формы и размеров сердечника вследствие радиационного роста, распухания, термических циклов и аллотропических превращений, разрушение оболочки вследствие протекания коррозионных и эрозионных процессов, диффузионного взаимодействия материала горючего и оболочки, перегрева отдельных участков оболочки из-за образования отложений.

Оболочки могут разрушаться под действием давления в результате как теплового расширения, так и выделения газообразных продуктов деления ядерного топлива (ЯТ). Трещины в оболочках появляются при искривлении твэлов под действием температурных градиентов ЯТ. Негерметичность оболочки может возникнуть вследствие развития местной коррозии.

К материалу оболочки предъявляют жёсткие требования. Он должен обладать высокой коррозионной, эрозионной и термической стойкостью, высокой механической прочностью и не должен существенно изменять характер поглощения нейтронов в реакторе. Наиболее употребительные материалы для изготовления оболочки — сплавы алюминия и циркония и нержавеющая сталь. Сплавы Al используются в реакторах с температурой активной зоны < 250—270 °С, сплавы Zr — в энергетических реакторах при температурах 350—400 °С, а нержавеющая сталь, которая довольно интенсивно поглощает нейтроны, — в реакторах с температурой >400 °С. В ряде случаев находят применение и др. вещества, например графит высокой плотности.