EA003961B1

EA003961B1 - Ceramic material for catching a melt of active zone of nuclear rector

Info

Publication number: EA003961B1
Application number: EA200300147A
Authority: EA
Inventors: Елена Александровна Павлова; Александр Стальевич СИДОРОВ; Эльза Яковлевна Соловейчик; Владимир Анатольевич Тихомиров; Юрий Петрович Удалов; Николай Фёдорович Фёдоров
Original assignee: Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)
Priority date: 2003-02-13
Filing date: 2003-02-13
Publication date: 2003-10-30
Also published as: EA200300147A1

Abstract

1. Ceramic sacrificial material for device of localization of melt of active zone of nuclear reactor, obtained by agglomeration of mixture of aluminium oxide Al2O3 with mass content of 8-33%, where the addition is introduced, addition being selected from a group, comprising vanadium oxide V2O5 and manganous oxide MnO2 with mass content of 2-5%. 2. Material according to claim 1, characterized in that it is obtained by agglomeration of the mixture at the temperature, not exceeding 1280 degree C. 3. Material according to claim 1 or 2, characterized in that the cubic density of it is in range of 2.8-4.0g/cm<3>. 4. Material according to any of claims 1-3, characterized in that the agglomerated mixture further comprises a moderator of neutrons, mass content being from 0.1 to 0.2% from total content of ferric oxide, aluminium oxide, and of said addition. 5. Material according to claim 4, characterized in that the moderator of neutrons is rare-earth element oxide, for example, gadolinium oxide Gd2O3, europium oxide Eu2O3, samarium oxide Sm2O3, or cerium oxide Ce2O3. 6. Formed ceramic product for device of localization of melt of active zone of nuclear reactor, prepared from the material, claimed in claims 1-5.

Description

Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Изобретение относится к материалам для атомной энергетики, в частности к керамическим жертвенным материалам, предназначенным для обеспечения локализации расплава активной зоны (кориума) корпусных водоохлаждаемых реакторов при тяжелых, так называемых запроектных авариях с выходом расплава за пределы корпуса реактора.The invention relates to materials for nuclear energy, in particular to ceramic sacrificial materials, designed to provide localization of the core melt (corium) of case-cooled water-cooled reactors in severe so-called beyond design basis accidents with the melt leaving the reactor vessel.

Уровень техникиState of the art

Кориум представляет собой расплавленную смесь содержимого ядерного реактора, состоящую из оксидов урана, плутония, циркония, железа, хрома, кремния, кальция, а также элементов металлических конструкций: циркония, железа, хрома и т. д. Кориум, по расчетам, имеет очень высокую температуру - до 2800К, и высокую химическую активность. Имеются две принципиально различные концепции предотвращения катастрофического неконтролируемого выхода расплава и продуктов деления из корпуса на площадку, где размещен реактор. По первой концепции, согласно публикации ГЬейсг М. Основные характеристики удержания расплава в концепции ЕРК реактора (Европейского реактора с водой под давлением), материалы семинара Организации экономического сотрудничества и развития Возможность внереакторного охлаждения радиоактивных продуктов, Карлсруэ, Германия, 15-18 ноября 1999 г., стр. 10, расплав из корпуса вытекает в накопитель, где теряет часть тепла на плавление жертвенных материалов, в качестве которых используются бораты лития, натрия, калия; оксиды магния, кальция, стронция и бария; фосфаты или карбонаты этих же элементов. Подобная установка раскрыта в патентном документе США № 4121970.Corium is a molten mixture of the contents of a nuclear reactor, consisting of oxides of uranium, plutonium, zirconium, iron, chromium, silicon, calcium, as well as elements of metal structures: zirconium, iron, chromium, etc. Corium is estimated to have a very high temperature - up to 2800K, and high chemical activity. There are two fundamentally different concepts for preventing a catastrophic uncontrolled exit of the melt and fission products from the vessel to the site where the reactor is located. According to the first concept, according to the publication of Geisg M. Main characteristics of melt retention in the concept of an EPK reactor (European pressurized water reactor), materials from a seminar of the Organization for Economic Cooperation and Development The possibility of non-reactor cooling of radioactive products, Karlsruhe, Germany, November 15-18, 1999 , p. 10, the melt from the body flows into a storage ring, where it loses some of the heat due to the melting of sacrificial materials, which are used as lithium, sodium, and potassium borates; oxides of magnesium, calcium, strontium and barium; phosphates or carbonates of the same elements. A similar installation is disclosed in US patent document No. 4121970.

По второй концепции, согласно публикации Кухтевич И.В., Безлепкин В.В., Грановский В.С. и др. Концепция локализации расплава кориума при внекорпусной стадии запроектной аварии АЭС с ВВЭР-1000, Вопросы безопасности АЭС с ВВЭР. Исследование процесса при запроектных авариях с разрушением активной зоны, труды научно-практического семинара, Санкт-Петербург, 12-14 сентября 2000 г. СанктПетербург.: Изд. АЭП, 2000, стр. 23-36, при аварии расплав и фрагменты конструкции реактора падают через направляющую воронку в устройство локализации расплава, где за счет взаимодействия с жертвенным материалом происходит окисление металлических компонентов кориума, снижение плотности расплава, снижение энтальпии расплава до уровня, при котором к моменту выхода расплава к водоохлаждаемым стенкам устройства локализации расплава не происходит кризиса теплообмена. Конструкция такого устройства локализации расплава (УЛР) раскрыта в патентном документе России № 2165106.According to the second concept, according to the publication Kukhtevich I.V., Bezlepkin V.V., Granovsky V.S. et al. The concept of localization of the corium melt during the off-shell stage of the beyond design basis accident of nuclear power plants with VVER-1000, Safety issues for nuclear power plants with VVER. Investigation of the process during beyond design basis accidents with core destruction, proceedings of a scientific and practical seminar, St. Petersburg, September 12-14, 2000 St. Petersburg .: Ed. AEP, 2000, pp. 23-36, in an accident, the melt and fragments of the reactor structure fall through a guiding funnel into the melt localization device, where due to interaction with the sacrificial material, the corium metal components are oxidized, the melt density decreases, and the melt enthalpy decreases to the level at which by the time the melt exits to the water-cooled walls of the melt localization device, there is no heat exchange crisis. The design of such a melt localization device (MRA) is disclosed in Russian Patent Document No. 2165106.

Несмотря на ведущиеся интенсивные исследования керамических материалов, в настоящее время не существует однозначно признанного состава керамики, которая могла бы быть использована в качестве жертвенного материала, поскольку, в частности, анализ тройной системы оксид урана - оксид циркония - жертвенный материал является чрезвычайно трудной задачей. Основные усилия сконцентрированы на подборе материалов, обладающих определенными свойствами, которыми должны обладать жертвенные материалы, в том числе, способностью снижать энтальпию кориума, неограниченно растворяться как в оксидной, так и в металлической частях кориума, окислять наиболее агрессивный компонент кориума - металлический цирконий. При этом принципиально важно, чтобы объёмная плотность жертвенных неметаллических материалов находилась в пределах, при которых в устройстве локализации расплава будет обеспечено достаточное свободное пространство для приема кориума и фрагментов конструкции корпуса реактора. Температура солидуса многокомпонентного расплава, образовавшегося после взаимодействия кориума с жертвенным материалом, должна быть минимальной, а плотность расплава понижаться до значений, не превышающих плотность расплавленных стальных конструкций реактора, с целью перемещения основной тепловыделяющей металлической части расплава в нижнюю область ловушки.Despite the ongoing intensive studies of ceramic materials, there is currently no unambiguously recognized composition of ceramics that could be used as a sacrificial material, since, in particular, the analysis of the ternary system of uranium oxide - zirconium oxide - sacrificial material is extremely difficult. The main efforts are concentrated on the selection of materials with certain properties that sacrificial materials should have, including the ability to reduce the enthalpy of corium, dissolve unlimitedly in both the oxide and metal parts of corium, and oxidize the most aggressive component of corium - metal zirconium. It is of fundamental importance that the bulk density of sacrificial non-metallic materials be within the limits at which sufficient free space will be provided in the melt localization device for receiving corium and fragments of the structure of the reactor vessel. The solidus temperature of the multicomponent melt formed after the interaction of the corium with the sacrificial material should be minimal, and the melt density should be reduced to values not exceeding the density of the molten steel structures of the reactor in order to move the main heat-generating metal part of the melt to the lower region of the trap.

Анализ принципов подбора жертвенного материала для устройства локализации расплава по второй концепции показал, что оптимальный материал имеет состав на основе гематита (оксида железа Ее₂О₃) с введением оксида алюминия А1₂О₃ (Гусаров В.В., Хабенский В.Б., Бешта С.В. и др. Жертвенный материал устройства локализации расплава активной зоны при запроектных авариях АЭС с ВВЭР-1000: концепция разработки, обоснование и реализация в сборнике Вопросы безопасности АЭС с ВВЭР. Исследование процесса при запроектных авариях с разрушением активной зоны, труды научнопрактического семинара, Санкт-Петербург, 1214 сентября 2000 г., Санкт-Петербург, издательство АЭП, 2000, стр. 105-134).An analysis of the principles of selecting a sacrificial material for a melt localization device according to the second concept showed that the optimal material has a composition based on hematite (iron oxide Its ₂ O ₃ ) with the introduction of aluminum oxide A1 ₂ O ₃ (Gusarov V.V., Khabensky V.B. , Beshta SV, et al. Sacrificial material of the core melt localization device for beyond design basis accidents of VVER-1000 NPPs: development concept, justification and implementation in the collection of safety issues for WWER nuclear power plants. Process investigation during beyond design basis accidents with core destruction, Proceedings of the Scientific and Practical Seminar, St. Petersburg, September 1214, 2000, St. Petersburg, AEP Publishing House, 2000, pp. 105-134).

С участием авторов настоящего изобретения были проведены прямые эксперименты по взаимодействию такого керамического материала, известного, в частности, из патента Канады № 2379885, с расплавленным кориумом в лабораторной установке (Удалов Ю.П., Морозов Ю.Г., Гусаров В.В. и др. Расчётное и экспериментальное исследование взаимодействия расплава кориума с жертвенным материалом. В сборнике Вопросы безопасности АЭС с ВВЭР. Исследование процесса при запроектных авариях с разрушением активной зоны, труды научно-практического семинара, Санкт-Петербург, 12-14 сентября 2000 г., Санкт-Петербург, изда тельство АЭП, 2000, стр. 161-208). Эти эксперименты показали, что такой керамический жертвенный материал на основе гематита в основном отвечает упомянутым требованиям к жертвенным материалам.With the participation of the authors of the present invention, direct experiments were conducted on the interaction of such a ceramic material, known, in particular, from Canadian patent No. 2379885, with molten corium in a laboratory setup (Udalov Yu.P., Morozov Yu.G., Gusarov V.V. et al. Computational and experimental study of the interaction of corium melt with sacrificial material. The collection of safety issues for nuclear power plants with VVER, the study of the process beyond design basis accidents with core destruction, proceedings of a scientific and practical seminar, St. Peter URG, 12-14 September 2000, St. Petersburg, published stances AEP, 2000, pp. 161-208). These experiments showed that such a hematite-based ceramic sacrificial material basically meets the aforementioned requirements for sacrificial materials.

Известны и другие разновидности оксидных материалов, которые, в принципе, могли бы быть использованы в рассматриваемых целях, например керамические материалы на основе 8ίΘ₂, А1₂О₃, ΖγΟ₂, МдО, УО₂, Т11О₂, а также оксидов железа и алюминия (патент США № 5343506). Однако в этом документе не раскрыты характеристики керамического материала (плотность, пористость и т.д.), и не дано обоснование оптимального состава. Предлагаемый в патенте США № 5343506 материал не способен решать одну из важных функций жертвенного материала - окисление металлического циркония и хрома в кориуме, так как не содержит достаточное количество оксидов, способных легко и в значительных количествах отдавать кислород.There are other varieties of oxide materials, which, in principle, could be used in these purposes, such as ceramic materials based 8ίΘ _2, A1 ₂ O _3, ΖγΟ _2, MgO, UO _2, T11O _2, as well as iron and aluminum oxides (US patent No. 5343506). However, the characteristics of the ceramic material (density, porosity, etc.) are not disclosed in this document, and the rationale for the optimal composition is not given. The material proposed in US Pat. No. 5,343,506 is not capable of solving one of the important functions of the sacrificial material — the oxidation of metallic zirconium and chromium in the corium, since it does not contain a sufficient amount of oxides that can easily and in large quantities give oxygen.

Керамики на основе оксидов железа и алюминия, свойства которых предполагают возможность их использования в качестве жертвенных материалов, получают высокотемпературным спеканием исходных ингредиентов. Для улучшения спекания в состав смеси вводят известные из уровня техники легкоплавкие добавки, представляющие собой оксиды двухвалентных металлов, например оксид кальция СаО, применение которого для спекания железосодержащей руды описано в патенте США № 4810290.Ceramics based on iron and aluminum oxides, whose properties suggest the possibility of their use as sacrificial materials, are obtained by high-temperature sintering of the starting ingredients. To improve sintering, fusible additives known from the prior art, which are oxides of divalent metals, for example, calcium oxide CaO, the use of which for sintering of iron-containing ore are described in US patent No. 4810290, are introduced into the mixture.

В упомянутом патенте Канады № 2379885 описан синтетический огнеупорный материал на основе смеси оксидов Ре₂О₃ и А1₂О₃, полученный спеканием с добавкой оксида магния МдО. Как указано выше, свойства такого керамического материала в основном удовлетворяют требованиям, предъявляемым к неметаллическим жертвенным материалам для устройств локализации расплава. То есть он обладает низкой температурой плавления, растворимостью в неограниченном интервале концентраций в расплавленном кориуме и способностью понижать плотность кориума. Однако данному материалу присущи следующие недостатки. Использование оксидов двухвалентных металлов, в частности оксида магния, в качестве активирующей спекание добавки приводит при обжиге к разложению гематита Ре₂О₃ на свободный кислород, количество которого может составлять до 3,1% от массы оксида железа, и магнетит Ре₃О₄, так как для достижения достаточной прочности керамический материал обжигается при температуре от 1350 до 1600° С. В результате значительно понижается способность материала окислять в кориуме металлический цирконий и хром. Дело в том, что при взаимодействии с кориумом керамического жертвенного материала происходит восстановление гематита Ре₂О₂ до РеО с выделением до 10 мас.% свободного кислорода, а при восстановлении магнетита Ре3О4 количество выделяемого кислорода составляет лишь 6,9% от массы исходного оксида. Кроме того, выделение на стадии обжига кислорода из Ре2О3 затрудняет спекание, что не позволяет однократным обжигом получить необходимую объёмную плотность керамического материала.The aforementioned Canadian Patent No. 2379885 describes a synthetic refractory material based on a mixture of Fe ₂ O ₃ and Al ₂ O ₃ oxides obtained by sintering with MgO MgO. As indicated above, the properties of such a ceramic material mainly satisfy the requirements for non-metallic sacrificial materials for melt localization devices. That is, it has a low melting point, solubility in an unlimited range of concentrations in the molten corium and the ability to lower the density of the corium. However, the following disadvantages are inherent in this material. The use of divalent metal oxides, in particular magnesium oxide, as an activating sintering additive during firing leads to decomposition of hematite Fe ₂ O ₃ into free oxygen, the amount of which can be up to 3.1% by weight of iron oxide, and magnetite Fe ₃ O ₄ , since in order to achieve sufficient strength, the ceramic material is fired at a temperature of 1350 to 1600 ° C. As a result, the ability of the material to oxidize zirconium metal and chromium in the corium is significantly reduced. The fact is that, when interacting with the corium of ceramic sacrificial material, Fe ₂ O ₂ hematite is reduced to FeO with the release of up to 10 wt.% Free oxygen, and when Fe3O4 magnetite is reduced, the amount of oxygen released is only 6.9% of the mass of the initial oxide. In addition, the release of oxygen from Fe2O3 at the stage of firing makes sintering difficult, which does not allow a single firing to obtain the required bulk density of the ceramic material.

Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

Задачей предлагаемого изобретения является создание керамического жертвенного материала на основе гематита Ре₂О₃ и оксида алюминия А12О3, обладающего повышенной способностью выделять свободный кислород при взаимодействии с расплавленным кориумом и имеющего заданную определенную объемную плотность. Иными словами, во-первых, преследуется цель улучшить способность упомянутого керамического материала, свойства которого в основном удовлетворяют требованиям, предъявляемым к жертвенным материалам, окислять наиболее агрессивные металлические компоненты кориума, а во-вторых, обеспечить возможность достижения заданной объемной плотности этого материала за счет устранения выделения свободного кислорода при спекании исходных компонентов.The objective of the invention is the creation of a ceramic sacrificial material based on hematite Fe ₂ O ₃ and aluminum oxide A12O3, which has an increased ability to liberate free oxygen when interacting with molten corium and having a given specific bulk density. In other words, firstly, the aim is to improve the ability of the aforementioned ceramic material, whose properties mainly satisfy the requirements for sacrificial materials, to oxidize the most aggressive metal components of corium, and secondly, to ensure the possibility of achieving a given bulk density of this material by eliminating evolution of free oxygen during sintering of the starting components.

Для решения сформулированной задачи были проанализированы причины разложения гематита при спекании с использованием известных добавок в виде оксидов двухвалентных металлов, заключающиеся в следующем. При диффузии одно- и двухвалентных ионов в кристаллическую решётку оксида трёхвалентного железа происходит встраивание ионов металлов на места ионов железа с образованием вакансий по кислороду для компенсации недостатка заряда в катионной подрешётке. В результате образуется дефект Шоттки, при котором ион кислорода мигрирует к поверхности кристалла, где теряет заряд и покидает кристаллическую решётку с образованием газообразного кислорода. Такой характер взаимодействия наблюдается для всех одновалентных и двухвалентных катионов, которые в потенциале могли бы быть легкоплавкими активаторами спекания.To solve the stated problem, we analyzed the causes of hematite decomposition during sintering using known additives in the form of divalent metal oxides, which are as follows. During the diffusion of monovalent and divalent ions into the crystal lattice of ferric oxide, metal ions are inserted into the sites of iron ions with the formation of oxygen vacancies to compensate for the lack of charge in the cationic sublattice. As a result, a Schottky defect is formed in which an oxygen ion migrates to the surface of the crystal, where it loses charge and leaves the crystal lattice with the formation of gaseous oxygen. This type of interaction is observed for all monovalent and divalent cations, which could potentially be low-melting sintering activators.

В процессе подбора пригодных добавок были отброшены оксиды трехвалентных металлов, так как, как правило, они имеют очень высокую температуру плавления, превышающую температуру плавления оксида железа, и изучено взаимодействие с кристаллической решёткой оксида железа Ре₂О₃ катионов четырехвалентных и пятивалентных металлов. В результате установлено, что эти катионы замещают катионы трёхвалентного железа с образованием вакансий в катионной подрешётке для компенсации избытка заряда, то есть дефекты Шоттки образуются за счёт ухода на поверхность кристалла катионов железа, а подрешётка ионов кислорода остаётся неизменной и выделение кислорода не происходит.In the process of selecting suitable additives, trivalent metal oxides were discarded, since, as a rule, they have a very high melting point higher than the melting point of iron oxide, and the interaction with the crystal lattice of iron oxide Fe ₂ O ₃ cations of tetravalent and pentavalent metals was studied. As a result, it was found that these cations replace ferric iron cations with the formation of vacancies in the cationic sublattice to compensate for the excess charge, that is, Schottky defects are formed due to the departure of iron cations on the crystal surface, and the oxygen ion sublattice remains unchanged and oxygen evolution does not occur.

Таким образом, решение поставленной задачи достигается за счет включения в подлежащую спеканию смесь, содержащую оксид железа Ее₂0₃ и оксид алюминия А1₂О₃, оксида четырех- или пятивалентного металла, а именно оксида ванадия ν₂0₅ или оксида марганца Мп0₂, являющихся активатором спекания. Такой состав повышает содержание реакционноспособного кислорода в оксиде железа и активирует спекание оксидов при сравнительно низких температурах. Оксиды ванадия и марганца образуют с оксидами железа и алюминия твёрдые растворы со структурой шпинели, что позволяет активировать твердофазное спекание керамического материала в диапазоне температур, в котором практически не происходит разложение Ее₂О₃.Thus, the solution of the problem is achieved by including in the mixture to be sintered a mixture containing iron oxide Ee ₂ 0 ₃ and aluminum oxide A1 ₂ O ₃ , tetravalent or pentavalent metal oxide, namely vanadium oxide ν ₂ 0 ₅ or manganese oxide Mn0 ₂ being an activator of sintering. Such a composition increases the content of reactive oxygen in iron oxide and activates the sintering of oxides at relatively low temperatures. Vanadium and manganese oxides form solid solutions with spinel structure with iron and aluminum oxides, which makes it possible to activate solid-phase sintering of ceramic material in the temperature range in which Her ₂ O ₃ practically does not decompose.

Согласно изобретению массовое содержание оксида железа в спекаемое смеси составляет от 62 до 90%, а массовое содержание оксида алюминия - от 8 до 33%. При этом массовое содержание активатора спекания находится в пределах от 2 до 5%. Предпочтительно, чтобы температура спекания смеси не превышала 1280°С, а объемная плотность спеченного материала находилась в пределах от 2,8 до 4,0 г/см³.According to the invention, the mass content of iron oxide in the sintering mixture is from 62 to 90%, and the mass content of alumina is from 8 to 33%. Moreover, the mass content of the sintering activator is in the range from 2 to 5%. Preferably, the sintering temperature of the mixture does not exceed 1280 ° C, and the bulk density of the sintered material is in the range from 2.8 to 4.0 g / cm ³ .

Для предотвращения явления вторичной критичности в жертвенный керамический материал может быть введен замедлитель нейтронов, например оксид редкоземельного элемента (оксид гадолиния Сб₂О₃, оксид европия Еи₂О₃, оксид самария §ш₂О₃ или оксид церия Се0₂), массовое содержание которого предпочтительно составляет от 0,1 до 0,2% от суммарного содержания оксида железа, оксида алюминия и активатора спекания.To prevent secondary criticality, a neutron moderator can be introduced into the sacrificial ceramic material, for example, rare-earth oxide (gadolinium oxide Cb ₂ O ₃ , europium oxide Eu ₂ O ₃ , samarium oxide §ш ₂ О ₃ or cerium oxide Ce0 ₂ ), mass content which preferably is from 0.1 to 0.2% of the total content of iron oxide, alumina and sintering activator.

В соответствии со следующим аспектом предлагается формованное керамическое изделие для устройства локализации расплава активной зоны ядерного реактора, изготовленное из материала согласно изобретению. Конкретная форма такого изделия определяется исклю чительно конструктивными особенностями устройства локализации расплава.In accordance with a further aspect, there is provided a molded ceramic article for a device for localizing a core melt of a nuclear reactor made of a material according to the invention. The specific form of such a product is determined exclusively by the design features of the melt localization device.

На чертеже приведена штрихрентгенограмма образца 3 керамического материала согласно изобретению в сопоставлении со стандартными веществами по картотеке рентгеновских стандартов А8ТМ (Американского общества по испытанию материалов): гематитом Ее₂О₃, магнетитом Ее₃0₄, магемитом Ее₂0₃ и ванадатом алюминия АА0₃.The drawing shows shtrihrentgenogramma sample 3 ceramic material according to the invention in comparison with standard substances of file cabinet A8TM ray Standards (American Society for Testing and Materials): hematite Her ₂ O _3, magnetite Her ₃ 0 _4, Maghemite Her ₂ 0 ₃ and vanadate aluminum AA0 ₃ .

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретенияInformation confirming the possibility of carrying out the invention

Для исследования содержания реакционноспособного кислорода в образцах керамического жертвенного материала согласно изобретению был использован нижеописанный способ его получения, который, однако, не является исчерпывающим. Специалисту хорошо известны различные технологии изготовления керамик, содержащие в качестве общей операции обжиг (спекание) смеси исходных компонентов.To study the content of reactive oxygen in the samples of ceramic sacrificial material according to the invention, the method for its preparation described below was used, which, however, is not exhaustive. Various ceramics manufacturing techniques are well known to the skilled person, containing, as a general operation, firing (sintering) a mixture of the starting components.

В соответствии с использованным способом дозированные в заданном соотношении исходные ингредиенты подвергали сухому вибрационному помолу для получения однородной смеси с размером частиц менее 63 мкм. После этого прессовали керамическое изделие заданной формы с использованием выгорающей пластифицирующей добавки в виде 10% водного раствора поливинилового спирта в количестве от 5 до 10%. Обжиг изделия проводили при конечной температуре 1250-1280°С с выдержкой 2 ч. Результаты химического анализа полученных таким способом образцов, который проводился с использованием стандартных методик и средств, приведены в нижеследующей таблице. Из данной таблицы с очевидностью следует практически полное сохранение в спеченной смеси гематита, который является основным источником кислорода, выделяющегося при взаимодействии с высокотемпературным кориумом.In accordance with the method used, the initial ingredients dosed in a predetermined ratio were subjected to dry vibration grinding to obtain a homogeneous mixture with a particle size of less than 63 microns. After that, a ceramic product of a given shape was pressed using a burnable plasticizing additive in the form of a 10% aqueous solution of polyvinyl alcohol in an amount of 5 to 10%. The product was fired at a final temperature of 1250-1280 ° C with a holding time of 2 hours. The results of chemical analysis of the samples obtained in this way, which was carried out using standard techniques and tools, are shown in the table below. This table clearly shows the almost complete preservation of hematite in the sintered mixture, which is the main source of oxygen released during interaction with high-temperature corium.

№ образца Sample No. Содержание исходных ингредиентов в спекаемой смеси, мае. % The content of the starting ingredients in the sinter mixture, May. % Объёмная плотность образца, г/см³ The bulk density of the sample, g / cm ³ Содержание Ее в спеченном образце (в пересчёте на Ее0), мае. % Her content in the sintered sample (in terms of Her0), May. % Содержание 3+ Ее в спеченном образце (в пересчёте на Ее₂0₃), мае. %Content 3+ Her in the sintered sample (in terms of Her ₂ 0 ₃ ), May. % Основной состав Main cast Добавка сверх 100% Additive in excess of 100% Ее2О3 Her2O3 А1203 A1203 МпО2 MnO2 ν205 ν205 1 one 84 84 14 14 - - 2 2 0,1 (Сб₂0₃)0.1 (Sat ₂ 0 ₃ ) 3,5 3,5 0,14 0.14 83,86 83.86 2 2 83 83 14 14 3 3 - - 0,2 (Сб₂0₃)0.2 (Sat ₂ 0 ₃ ) 3,5 3,5 0,11 0.11 82,89 82.89 3 3 69 69 28 28 - - 3 3 0,1 (Сб₂0₃)0.1 (Sat ₂ 0 ₃ ) 3,6 3.6 0,50 0.50 68,50 68.50 4 4 67 67 28 28 - - 5 5 0,1 (Сб₂0₃)0.1 (Sat ₂ 0 ₃ ) 4,0 4.0 1,04 1,04 65,96 65.96 5 5 62 62 33 33 5 5 - - 0,1 (§ш₂0₃)0,1 (§ш ₂ 0 ₃ ) 3,9 3.9 0,95 0.95 61,05 61.05

Кроме того, сохранение гематита подтверждается данными рентгенофазового анализа образца 3 спеченного керамического материала, штрих-рентгенограмма которого в сопоставлении с гематитом Ее₂О₃, магнетитом Ее₂0₄, магемитом Ее₂О₃ и ванадатом алюминия АА0₃ при003961 ведена на чертеже. Сравнительный визуальный анализ представленных штрих-рентгенограмм показывает, что образец 3 состоит из гематита с незначительной примесью магнетита и ванадата алюминия.In addition, the conservation of hematite is confirmed by X-ray phase analysis of sample 3 of sintered ceramic material, a X-ray diffraction pattern of which in comparison with Hematite E ₂ O ₃ , magnetite E ₂ 0 ₄ , magemite E ₂ O ₃ and aluminum vanadate AA0 _{3 at} 003961 is shown in the drawing. A comparative visual analysis of the presented X-ray diffraction patterns shows that sample 3 consists of hematite with a slight admixture of magnetite and aluminum vanadate.

Claims

CLAIM

1. Ceramic sacrificial material for the device for localization of the core melt of a nuclear reactor obtained by sintering a mixture of iron oxide E ₂ O ₃ with a mass content of 62 to 90% and aluminum oxide A1 ₂ O ₃ with a mass content of 8 to 33%, in which introduced an additive selected from the group consisting of vanadium oxide U ₂ O ₅ and manganese oxide MnO ₂ with a mass content of from 2 to 5%.

2. The material according to claim 1, characterized in that it is obtained by sintering the mixture at a temperature not exceeding 1280 ° C.

3. The material according to claim 1 or 2, characterized in that its bulk density is in the range from 2.8 to 4.0 g / cm ³

4. The material according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the sintered mixture further comprises a neutron moderator, the mass content of which is from 0.1 to 0.2% of the total content of iron oxide, aluminum oxide and said additive.

5. The material according to claim 4, characterized in that the neutron moderator is a rare earth oxide, for example gadolinium oxide Sb ₂ O ₃ . europium oxide Eu ₂ O ₃ , samarium oxide § Щ ₂ О ₃ or cerium oxide CeO ₂ .

6. A molded ceramic product for a device for localizing a melt in the core of a nuclear reactor made of a material as claimed in any one of claims 1-5.