【2017年整理】第三章 氢渗透阻挡层防氢渗透机理探讨
25页1、西华大学硕士学位论文353 氢渗透阻挡层防氢渗透机理探讨3.1 原始氢化锆试样的析氢实验本试验研究所用氢化锆原始试样的氢锆原子比为 1.801。氢化锆用做核反应堆的慢化剂时,工作温度为 650750;工作环境是密闭的,里面充一个大气压的氦气。为了模拟氢化锆原始试样(ZrH 1.801,氢锆质量百分比为 1.97,表面没有氢渗透阻挡层)在 650750 、1atm 氦气的条件下放氢的情况 ,先后在四川大学做了两次析氢实验,图 3.1 为放氢试验装置的示意图。3.1.1 析氢实验原理试样放入密封的加热管中加热(见图 3.1) ,到达一定温度开始放氢,氢气通过管子一端排出到倒立的读数管里。读数管刚开始是充满水的,随着氢气的进入,读数管中的液面开始下降。氢气的体积可由读数管上的刻度读出。Fig. 3.1 Schematic diagram of hydrogen diffusing experiment equipment图 3.1 放氢试验装置示意图西华大学硕士学位论文36需要注意的两点是: 如果忽略读数管中水柱产生的压强,读数管 1中氢气的压强可以认为等于一个大气压(实际上略低于一个大气压
2、,等于一个大气压减掉读数管中水柱产生的压强) 。 为了弄清楚系统管道中 2气体受热体积膨胀对本实验析出氢气体积读数的影响,还进行了空载实验。密封加热管里不放试样,系统只充一个大气压的氩气,然后加热至700, 观察到读数管中只进入大约 34ml 微量的气体,所以可以忽略由于加热造成的系统管道原有气体体积膨胀对本实验析出氢气读数的影响。原因是:密封加热管中气体受热温度升高体积膨胀,气体会顺着管道排到管道另一端的读数管里。整个过程气体所要经过的路程很长,到达管道另一端的读数管时氩气的温度已经降到接近室温,根据理想气体方程 PV=nRT(自始至终压强 P 不变,始终为一个大气压) ,T 变化很小,V 也变化很小,所以观察到读数管中仅有微量的气体析出。既然可以认为加热造成系统管道原有气体(氩气)的体积膨胀非常小,基本上可以忽略不计,那么在放进氢化锆试样进行放氢实验时读数管中进入气体的读数就应为析出氢气体积的读数。而此时氢气温度为室温,所以又可以直接根据读数管上的读数计算出析出氢气的物质的量。3.1.2 析氢实验步骤将氢化锆原始试样(晶体结构为 ZrH1.801,其分子量为 93.021)在放氢前
3、称重,试样 1 重量为 10.5436g,试样 2 重量为 10.8165g;将试样密封,抽真空,充氩气至 1 个大气压;将电阻炉升温至 700;将盛有原始试样的密封加热管放入电阻炉中(由于放入试样,体系温度降低。此时温度数字调节仪显示炉子温度为 550,当温度上升至 660时,试样开始放氢) ;开始记录时间和放出氢气的体积。3.1.3 析氢曲线做完析氢实验取出试样发现试样表面有裂痕出现,边角有破损。图3.2 和图 3.3 是根据记录的时间和析出氢气体积的读数做出的曲线。西华大学硕士学位论文3802550751001251501752002252500 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300时 间 ( min)放出氢气体积(ml)Fig. 3.2 Hydrogen diffusing curve of sample 1图 3.2 试样 1 的析氢曲线02550751001251501752002250 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200时 间 ( min)放出氢气体积(ml)Fig. 3.3 Hydrogen dif
4、fusing curve of sample 2图 3.3 试样 2 的析氢曲线西华大学硕士学位论文39图 3.2 为试样 1 的放氢曲线,图 3.3 为试样 2 的放氢曲线。对于试样 1:放出氢气的量为 a=0.225/2.24=0.0101mol试样 1 的物质的量为 b=10.5436/93.021=0.1133mol试样 1 放出氢的百分比为 c= =9.9。ba801.2对于试样 2:放出氢气的量为 a=0.2/2.24=0.0893mol试样 2 物质的量为 b=10.8163/93.021=0.1163mol试样 2 放出氢的百分比为 c= =8.5。ba801.2该实验表明在 700,充一个大气压氩气的条件下,原始氢化锆试样要放出氢气。前 90 分钟放氢速度很快,以后放氢速度降低、逐渐趋近于平缓。两次析氢试验均进行了 5 小时,氢化锆试样都放出了大约 200ml的氢气,约为试样含氢总量的 10。3.2 膜层考验与阻氢原因的初步分析3.2.1 膜层考验与测试氢化锆作为核反应堆的中子慢化剂,工作温度为 650750,在该温度下氢化锆中的氢很容易析出,降低了中子慢化作用。将氢
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