Перспективный облик высокотемпературной ядерной энергетической установки

Перспективный облик высокотемпературной ядерной энергетической установки

Инженерный журнал: наука и инновации

# 9·2016 5

в интервале температур 1300…2100 К [12]. Рабочими телами, функ-

циональный диапазон которых соответствует требуемой температуре

эмиттера кнудсеновского ТЭП, являются In и Ag, которые работают

при 1800…2400 и 1900…2700 К соответственно [12–14].

В системах твердый металл — жидкий металл часто наблюдается

адсорбционное понижение прочности твердого металла под действи-

ем жидкого. Снижение поверхностной энергии твердого металла при

одновременном воздействии растягивающих напряжений может при-

вести к преждевременному его разрушению при небольших нагруз-

ках (эффект Ребиндера), что особенно характерно для эвтектических

сплавов [14, 15]. Кроме того, па́ры, образующие интерметаллидные

соединения, могут оказаться нежелательными с точки зрения жидко-

металлической коррозии. Все это накладывает ограничения на при-

менение различных металлов в качестве конструкционных материа-

лов ТВТТ. В соответствии с вышесказанным можно сформулировать

требования к конструкционным материалам ТВТТ для рассматрива-

емой вынесенной схемы:

•

тугоплавкость;

•

прочность;

•

растворимость в In/Ag не более 1 % при рабочей температуре.

Согласно источникам [12, 14], число подходящих материалов

крайне невелико — W и его сплавы. В связи с эффектом Ребиндера

применение эвтектических сплавов W исключено. Наибольшей проч-

ностью при растяжении отличаются сплавы W–15% Mo и W–25% Re,

причем сплавы, легированные Re, сочетают пластичность в рекри-

сталлизованном состоянии с высокой прочностью, поэтому наиболее

подходящим в качестве корпусного материала ТВТТ для сверхвысо-

котемпературной вынесенной схемы является W–25% Re. Испытания

ТВТТ из этого материала с Ag в качестве РТ показали, что ресурс та-

кой трубы составляет не менее 1000 ч при рабочей температуре 2300 К.

Однако во время экспериментов наблюдалось значительное испаре-

ние с поверхности корпуса, выполненного из Re [13].

В работе [16] приведены результаты испытаний газорегулиру-

емых ТВТТ с корпусом из чистого W, осажденного из паровой фазы,

с различными РТ, в том числе с In и Ag. Тепловая труба с Ag отрабо-

тала в общей сложности 7,25 ч при температуре 2700 К, после чего

эксперимент был остановлен ввиду перекоса трубы в кварцевой ам-

пуле; тепловая труба с In расплавилась после 3,4 ч работы при темпе-

ратуре 2560 К.

В [14] приведены обширные данные по оценке различных типов

капиллярных структур ТВТТ: наиболее надежной капиллярной

структурой с хорошими транспортными свойствами является кана-

вочная. Действительно, при рассматриваемых рабочих температурах

вопрос надежности капиллярной структуры стоит весьма остро, так