Свойства твердого и жидкого циркония от 1800 К до 4100 К

ТЕЗИСЫ ДОКЛАДОВ X РОССИЙСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ ПО ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИМ СВОЙСТВАМ ВЕЩЕСТВ
УДК 536+537
СВОЙСТВА ТВЕРДОГО И ЖИДКОГО ЦИРКОНИЯ ОТ 1800К ДО 4100К:
ЭНТАЛЬПИЯ, ПЛОТНОСТЬ, ТЕПЛОЕМКОСТЬ,
ЭЛЕКТРОСОПРОТИВЛЕНИЕ, ИЗЛУЧАТЕЛЬНАЯ СПОСОБНОСТЬ
Коробенко В.Н., Савватимский А. И.
Институт теплофизики экстремальных состояний ОИВТ РАН
г. Москва. E-mail: sayiabfajiht@mpei.ac.ru
Экспериментальные данные о свойствах жидкого циркония необходимы для
моделирования поведения атомных энергетических установок при тяжелых авариях.
При быстром (единицы микросекунд) импульсном нагревании электрическим
током образцов из фольги циркония измерялись электрическое сопротивление,
удельная введенная энергия (удельная; энтальпия), а также температура с помощью
быстродействующего пирометра и твердотельного световода, Получена зависимость
удельной энтальпии от температуры (2128-4100К) при атмосферном давлении.
Измерялись зависимости спектральной плотности излучения от энтальпии на длине
волны 0.855 мкм для плоских поверхностей, а также для клиновидной модели
черного тела, изготовленной из фольги циркония. Температура вычислялась по
формуле Планка, Модель представляет собой всего две полоски циркония с вводом
световода сбоку - в зазор между двумя полосками (двухполосная модель черного
тела).
При импульсном нагреве электрическим током проволочных образцов
циркония получены экспериментальные данные о зависимости плотности жидкого
циркония и его удельного электросопротивления от температуры. Плотность
жидкого циркония определялась с помощью лазерного флэш-метода при участии
Аграната М.Б. и Ашиткова С.И. Подсветка образца производилась Nd-VAG лазером
(длительность ас пышки - 6 не). Для теневого фотографирования применялась ПЗСвидеокамера, Приводится температурная зависимость теплоемкости жидкого
циркония до 4100К для модели черного тела, а также нормальная излучательная
способность жидкого циркония.
Была предложена составная модель черного тела, элементы которой
изготавливаются из отдельных плоскостей, Это позволяет использовать такую
модель при исследовании непластичных проводящих материалов, например,
закаленных сталей или графита. Использовался быстродействующий пирометр на
основе кремниевого фотодиода (время установления с точностью 1% < 12 не).
По нашим данным [2], сразу после плавления тепловое расширение
проволочных образцов составляет - 5.5% (относительно начального состояний). При
плавлении (энтальпия в начале плавления E1 ~ 0.7 МДж/кг и энтальпия в конце
плавления Е2 ~ 0.85 МДж/кг) объем, по нашим экспериментальным данным,
увеличивается лишь на 1.1%. Для зависимости плотности жидкого циркония от
температуры согласно нашим экспериментальным данным средний изобарный
коэффициент объемного расширения жидкого циркония ар равен ~ 39x10-6 К-1 .
В широком диапазоне температур 2400-4100К, наблюдается монотонный рост
теплоемкости от – 0.43 Дж*г-1К-1 к более высокому значению ~ 0.62 Дж*г-1*K-1 при
4100К, Наши измерения теплоемкости жидкого циркония при высоких температурах
не подтверждают данные о росте теплоемкости при 3000 К-3200 К, полученные
ранее в США,
Нормальная спектральная (ex) излучательная способность жидкого циркония
(для апертуры световода φ = 60°) получена в температурном диапазоне (от 1800К до
4000К) для длины волны излучения λ ~ 855 им.
Эти результаты представляют собой среднее отношение спектральной
плотности излучения плоских образцов к спектральной плотности излучения
образцов модели черного тела.
Все измеренные свойства представлены в виде таблиц.
Казанский государственный технологический университет. Ул. К. Маркса, 68. г. Казань 420015. ____________________
215
6 СЕКЦИЯ: ЭКСТРЕМАЛЬНЫЕ СОСТОЯНИЯ
Экспериментальная работа выполнена по заданию Международного центра по
ядерной безопасности Минатома России при финансовой поддержке Аргоннской
национальной лаборатории США. Авторы благодарны Джоан Финк - физику
Аргоннской национальной лаборатории США - за постоянный интерес к работе и
обсуждение результатов.
216 ____________________________ http://www.kstu.ru ____________________ E-mail: office@kstu.ru ________________