Сборник тезисов докладов IX Международной молодежной научной конференции

Полярное сияние 2006

Ядерное будущее: безопасность, экономика и право

Содержание сборника

Секция «Безопасность ядерных технологий»

Все доклады секции


ТЕРМОХИМИЧЕСКИЕ СЕНСОРЫ ВОДОРОДА И АТОМАТИЧЕСКИЕ ВЫТЕСНИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ДЛЯ ОБЪЕКТОВ АТОМНО-ВОДОРОДНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ

Батьков М.Ю.

Саровский государственный физико-технический институт

Гусев А.Л.

Научно-технический центр «ТАТА»

Везироглу Т.Н.

University of Miami/Clean Energy Research Institute, USA

Хэмптон М.Д.

University of Central Florida, USA

Академик В.А. Легасов, 70-летие которого мы отмечаем в этом году, дальнейшее развитие атомной энергетики тесно связывал
с развитием водородной энергетики. Первым применив термин «атомно-водородная энергетика», В.А. Легасов предложил излишки энергии, производимой на АЭС в ночное время (провальная энергия) использовать для получения водорода. Кроме того, для широкомасштабного производства водорода в России была предложена концепция получения водорода по схеме: высокотемпературный гелиевый реактор (ВТГР) + установка плазменного электролиза + ожижитель + криогенный резервуар (централизованная система хранения + инфраструктура для распределения водорода потребителю).

В настоящее время президент Дж. Буш выделил на создание первого атомного реактора на базе ВТГР для производства водорода 1,8 млрд. долларов США. По оценкам Департамента Энергетики США (DOE) строительство 40 высокотемпературных атомных реакторов полностью решит проблему перехода на водород всего транспорта США.

В связи с этим возникает задача поддержания на безопасном уровне водородной инфраструктуры. Для обеспечения вопросов безопасности при хранении и транспортировке на ранней стадии развития дефектов в теплоизоляционных полостях криогенных водородных резервуаров и трубопроводов важно создать датчики (сенсоры) утечки и концентрации водорода принципиально нового типа. Эти сенсоры должны надежно работать в теплоизоляционных полостях криогенных резервуаров, цистерн, трубопроводов в течение длительного времени.

Цель работы - выбор сенсорного вещества расширенного спектра действия (давление, температура и концентрация) и создание автоматической системы подачи инертного газа для быстрого вытеснения взрывоопасной среды из контролируемого объекта в окружающую среду и замены опасной атмосферы на инертный газ.

Проведены исследования оксидов MnO2, Pd-MnO2 [1]. На основании этих исследований созданы экспериментальные образцы одного из вариантов термохимического датчика водорода (рисунок 1) [2], испытанного на установке «Эдельвейс-001» [3].

Рисунок 1. Фотография термохимического сенсора водорода

Для сохранения функциональной пригодности сенсорного вещества в течение длительного времени было предложено изолировать сенсорное вещество от контролируемого объема специальной водородопроницаемой мембраной [4,5].

Критерии для создания экзотермического сенсорного вещества: оно должно обладать минимальной теплоемкостью, максимальной теплопроводностью и молекулярной массой, максимальным содержанием кислорода, минимальной энергией активации реакции окисления, высокой степенью подвижности кислорода в решетке.

Основная идея экзотермического сенсорного вещества состоит в том, чтобы такое вещество максимально взаимодействовало
в химической реакции с водородом анализируемой среды. При этом в ходе реакции по выделяющемуся количеству тепла, пропорциональному прореагировавшему водороду, судят о концентрации водорода. Для реализации такого сенсора представляется перспективным использовать оксиды переходных металлов, промотированные катализатором окисла иметь слабую токсичность.

Для обеспечения безопасной эксплуатации рабочих объемов, в которые может проникать водород, разработана система быстрого автоматического вытеснения взрывоопасной среды и замены ее на инертную атмосферу [6].

Проведены исследования возможности применения сенсорного вещества MnO2 + Pd в качестве чувствительного элемента термомеханического привода для автоматической системы выдачи инертного газа.

Литература

1.              Гусев А.Л., Белоусов В.М., Бачерикова И.В., Ляшенко Л.В., Рожкова Э.В. Водородный сенсор для криогенно-вакуумных объектов. Вопросы Атомной Науки и Техники. Сер.: Вакуум, Чистые Материалы, Сверхпроводники. 1999. Вып. 1(9),
стр. 28-32.

2.              Gusev A.L., Kudel'kina E.V., Chaban P.A., Ivkin A.V., Veziroglu T.N., Hampton M.D.. Hydrogen sensors for hydrogen transport. The Proceedings for the 30th ISTC Japan Workshop on Advanced Catalysis Technologies in Russia, April 12-19, 2004, Visits
to Companies in Japan, Sponsor: Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology (MEXT), Japan-Rissia Business Cooperation Committee; International Science and Technology Center (ISTC). pp. 232-233.

3.              Гусев А.Л., Куделькина Е.В., Чабан П.А., Ивкин А.В., Хэмптон М.Д., Везироглу Т.Н.. Унифицированный стенд «Эдельвейс-001» для испытаний датчиков водородного транспорта. Труды Conference EuroSun 2004 and 14th International ForumSun (14.Internationales Sonnenforum of DGS e. V.) – June 20-23, 2004 (Freiburg, Germany) and Intersolar 2004, June 24-26, 2004 (Freiburg, Germany). Германия, pp. 48 – 54, 2004.

4.              Gusev A.L., Kudel'kina E.V., Chaban P.A., Ivkin A.V., Veziroglu T.N., Hampton M.D. The outlook for using palladium and 4th period metal oxides in hydrogen energy and transport. The Proceedings for the 30th ISTC Japan Workshop on Advanced Catalysis Technologies in Russia, April 12-19, 2004, Visits to Companies in Japan, Sponsor: Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology (MEXT), Japan-Rissia Business Cooperation Committee; International Science and Technology Center (ISTC). pp.226 - 229.

5.              Гусев А.Л., Куделькина Е.В., Чабан П.А., Ивкин А.В., Хэмптон М.Д., Везироглу Т.Н.. Сенсоры водорода для водородного транспорта. Труды Conference EuroSun 2004 and 14th International ForumSun (14.Internationales Sonnenforum of DGS e. V.) – June 20-23, 2004 (Freiburg, Germany) and Intersolar 2004, June 24-26, 2004 (Freiburg, Germany). Германия, pp. 43 – 47, 2004.

6.              Патент РФ №2103598. Криогенный трубопровод. Гусев А.Л. – Заявл. 5.12.95., №95120543/06, опубл. в БИ№3, 1998, МКИ F17D5/00, F16L59/06.