7. «Роль низших организмов в круговороте веществ в замкнутых экологических системах», Материалы Х Всесоюзного совещания, Киев, «Наукова Думка», 1979, с. 128 - 132.
8. «Роль низших организмов в круговороте веществ в замкнутых экологических системах», Материалы Х Всесоюзного совещания, Киев, «Наукова Думка», 1979, с. 179 - 183.
9. Ядерные Реакторы, Физика Ядерных Реакторов, Материалы Комиссии по Атомной Энергии США, Москва, Иностранная Литература, 1956, т. 1, с. 398.
10. Л.Кинг. «Описание и конструкция реакторов-водоподогревателей». Материалы международной конференции по мирному испытанию атомной энергии». Т.2. Физика, экспериментальные реакторы. Москва - Ленинград. Энергетическое издательство. 1958, с. 438 - 460.
11. Ю.Б. Харитон, А.М. Воинов, В.Ф. Колесов, М.И. Кувшинов, А. А. Малинкин, А.И. Павловский «Апериодические импульсные реакторы». В кн. Вопросы современной экспериментальной и теоретической физики, Л. Наука 1984, с. 103 - 119.
12. Тихомиров А.А., Лисовский Г.М., Сидько Ф.Я. Спектральный состав и продуктивность растений.—Новосибирск: Наука. Сибирское отделение, 1991.
13. Бюллетень МАГАТЭ, Вена, Австрия, том 40, №1, 1998, с. 2.
А.Л. ГУСЕВ
Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики (ВНИИЭФ), Институт ядерной и радиационной физики (ИЯРФ)
A.L. GUSEV
All-Russian Scientific Research Institute Institute of Experimental Physics (VNIIEF), Institute of Nuclear and Radiation Physics, 607190 Russia, Nizhni Novgorod region, Sarov, pr. Mira, 37 E-mail: gusev@vniief.ru
АНОМАЛИИ ОСТАТОЧНОГО ДАВЛЕНИЯ В СУПЕРИЗОЛЯЦИИ ПРИ АВАРИЙНЫХ РЕЖИМАХ
ЭКСПЛУАТАЦИИ КРИОГЕННЫХ ОБЪЕКТОВ
ANOMALIES OF THE RESIDUAL SUPERINSULATION PRESSURE UNDER EMERGENCY CONDITIONS OF CRYOGENIC OBJECTS
В предлагаемой работе рассмотрены и проанализированы накопленные к настоящему времени данные о протекании электросорбционных процессов в слоях экранно-вакуумной теплоизоляции крупных криогенных резервуаров. Продемонстрировано их влияние на испаряемость криогенных продуктов, а также на снижение степени безопасности термостатируемых объектов. Особое внимание уделено эффекту поля, газо-водяному циклу Бардина - Бреттайна - Шокли, электроадсорбционному эффекту, метастабильным состояниям поверхности суперизоляции, кинетике и динамике остаточной атмосферы очень крупных криогенных резервуаров с незначительной эффузионной течью, испаряемости криогенной жидкости, определению величины теплопритоков к криогенной жидкости в условиях изменения параметров окружающей атмосферы. При исследовании неадекватной вариации испаряемости в идентичных криогенных резервуарах при целенаправленном снижении концентрации водорода в ярко выраженной водородной остаточной атмосфере обнаружены: эффект эффузионно индуцированной водородной неустойчивости суперизоляции, эффект эффузионно индуцированной теплопроводной неустойчивости суперизоляции в криогенно-вакуумных объектах, эффект мультипликации количества десорбирующихся молекул водорода по отношению к величине натекающих молекул влажного воздуха. Эффектами в теплоизоляции можно управлять. Для создания новых образцов теплоизоляции с высоким эксергетическим К.П.Д. и высокой степенью безопасности должны быть разработаны новые теплоизолирующие структуры и конструкции.
ВВЕДЕНИЕ
Известно, что широко распространенные в криовакуумной технике адсорбционные насосы при температуре жидкого азота и кислорода практически не откачивают гелий, неон и плохо откачивают водород. Поэтому на первоначальном после изготовления этапе эксплуатации крупных толстостенных криовакуумных объектов или при превышении межрегламентного периода может наступать аварийный режим работы теплоизоляции. При температуре жидкого водорода адсорбционные насосы могут также не справиться со своей задачей по поддержанию заданного уровня вакуума в теплоизоляционной полости. Это событие может наступить при большом количестве влаги в теплоизоляционной полости или при чрезмерно больших утечках водорода из внутренней емкости. При возникновении этих нештатных ситуаций возникают определенные эффекты, которые были не известны ранее. Но изучение, этих эффектов особенно на этапе переживаемой человечеством «газовой паузы» [1], весьма важно. Актуальность этих исследований определяется очень перспективными возможностями суперизоляции по сравнению со всеми остальными видами теплоизоляции.
В процессе эксплуатации крупных криовакуумных объектов, как правило, при превышении межрегламентного периода теплоизоляции возникает процесс суточных колебаний остаточного давления и испаряемости криогенной жидкости. Рассматриваемые криогенные резервуары типа РС-1400/1,0 (водородные, азотные, кислородные) [2] имели незначительную атмосферную эффузионную течь, лежащую по величине в поле допуска. Вариации остаточного давления и испаряемости криожидкости происходят в таких теплоизоляционных полостях (ТИП) с выраженным симбатным по отношению к вариациям эффузионной составляющей атмосферной течи характером. Однако, вариациям остаточного давления характерен режим мультипликации десорбционных процессов по сравнению с расчетным эффузионным потоком. Воздействие на остаточную атмосферу ТИП селективным химическим поглотителем водорода на основе диоксида марганца палладированного позволило снизить испаряемость криожидкости с 1050 кг/сут до 350 кг/сут. Колебательный процесс испаряемости прекратился. Колебательный процесс остаточного давления по мере откачки водорода происходил с монотонно уменьшающимся коэффициентом корреляции (изменение давления остаточной среды - относительная влажность) от своего максимального значения 0,95. После откачки расчетного количества остаточного водорода коэффициент корреляции поменял свой знак и монотонно увеличивался по модулю до значения -0,95. Процесс снижения коэффициента корреляции был симбатен процессу удаления водорода из ТИП. Смена знака коэффициента корреляции произошла в тот момент, когда все расчетное количество водорода было удалено из ТИП. Такое поведение коэффициента корреляции натолкнуло на мысль об электрически стимулированном адсорбционно-десорбционном процессе акцепторного или донорного газа в зависимости от уровня Ферми поверхности металлизированных экранов. В работе выполнен предварительный анализ возможных доминирующих механизмов, генерирующих наблюдаемый процесс. Впервые описаны: эффект эффузионно индуцированной водородной неустойчивости суперизоляции, эффект эффузионно индуцированной теплопроводной неустойчивости, эффект мультипликации парциального давления
десорбирующихся молекул водорода по отношению к величине приведенного парциального давления натекающих молекул влажного воздуха. Для объяснения возникновения этих эффектов привлечены уравнение Шредингера и его модификации для поверхностных состояний Тамма и Шокли. Для наблюдаемых эффектов при адсорбции, предположительно, возникают поверхностные состояния Шокли. Эти состояния характерны для слабого взаимодействия.
Адсорбция водорода рассмотрена на дисперсных поверхностях размерно-квантованной полупроводниковой пленки. В качестве основной модели размещения адсорбата на адсорбенте используется модель адсорбона Пешева. Согласно этой модели носитель тока в размерно-квантованной пленке с адсорбатом состоит из электрона проводимости (с координатами х, у, ъ) и адсорбированных молекул на участке поверхности (у, ъ) площади Я2. В поперечном направлении электрон связан с адсорбированными молекулами взаимодействием, зависящим только от х, тогда, как по осям у и ъ он движется свободно, меняя при этом свое адсорбционное обрамление. Полагается, что продольное и поперечное движения носителя разделяются, как это имеет место в пленке без адсорбата. Разница в том, что поперечная часть содержит теперь адсорбированные молекулы и поэтому своим состоянием определяет подвижность носителя. Это состояние и есть адсорбон Пешева. Рассмотрены также механизмы, усиливающие рассмотренные эффекты. К ним относятся виртуальные механизмы генерации электрических зарядов на поверхностях экранов и их аккумулирование. К этим механизмам можно отнести «квазиконденсаторый эффект»[3], в котором генерация зарядов осуществляется по механизму (Дж. Дж. Томсона, 1896), а также по механизму пленочной термо-Э.Д.С. [4], возникающей в термически сильно дифференцированных слоях суперизоляции или по механизму заряжения поверхности полупроводников в результате взаимодействия экранов с газовой средой. Электретная основа экранов (пленка ПЭТФ-ДА-12 используется в электрических конденсаторах) при низких температурах позволяет в течение очень длительного срока сохранять накопленные заряды.
Предложены направления дальнейших исследований. К ним, прежде всего, относятся оптимизация степени дисперсности дисперсоидов пленки, толщины пленки, использование открытых эффектов для оптимизации новых теплоизолирующих систем.
Важность учета наблюдаемого явления является неоспоримой при оценке негерметичности криовакуумных объектов, анализе состава газовой среды, изучении процесса увеличения испаряемости, разработке новых теплоизолирующих систем.
1. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ 1.1. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ СТЕНД
На рис.1.представлен экспериментальный стенд. Исследуемый крупнообъемный криовакуумный объект - криогенный резервуар РСА-1400/1,0 [2]. Материал емкости - сталь 12Х18Н10Т, материал кожуха -сталь 09Г2С, изоляция емкости - 4 слоя экранно-вакуумной изоляции. Один слой изоляции состоит из 8 слоев пленки ПЭТФ-ДА-12; 8 слоев стеклобумаги СБШС-2-5,5. Пленка ПЭТФ-ДА-12 -полиэтилентерефталатная пленка двусторонне алюминизированная. Поверхность емкости -
необработанная сталь 12Х18Н10Т. Объем ТИП - 700 м3. 1.2. УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА
Эксперименты в условиях, когда криогенная жидкость имела аномально высокую испаряемость при предельном значении остаточного давления в ТИП (10-1 Па), относятся к разряду редких и опасных. Коэффициент заполнения криогенной емкости ^ = 0,9, масса жидкого азота на момент начала эксперимента М = 975900 кг, масса жидкого азота на момент подключения химического патрона и отключения КСН от ТИП КР: М = 967100 кг.
Все
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.