ТГА-ЗЕРТТЕУЛЕР ЖҮРГІЗУ КЕЗІНДЕ ЛИТИЙ КЕРАМИКА ҮЛГІЛЕРІН ОРНАЛАСТЫРУ АЙМАҒЫНДА ТЕМПЕРАТУРА ӨРІСТЕРІН ЖӘНЕ ГАЗ-ДИНАМИКАЛЫҚ АҒЫНДАРДЫ МОДЕЛЬДЕУ

Термогравиметриялық эксперименттерді модельдеу зерттеу барысында болатын физикалық және химиялық процестерді түсінудің ажырамас құралы болып табылады. Бұл тәсіл деректердің сапасын жақсартуға және термогравиметриялық талдау кезінде болып жатқан процестер туралы толық түсінік алуға көмектеседі.

Бұл жұмыста Mettler Toledo TGA/DSc 3+ гравиметріндегі ТГА-экспериментті модельдеу процедурасының сипаттамасы келтірілген, ол масс-спектрометрмен, ылғалдылық генераторымен және аналитикалық таразымен бірге ТиГРа аналитикалық кешенінің құрамына кіреді (ҚР ҰЯО, Курчатов, Қазақстан). Гравиметрдегі жылу беру процестерін модельдеу міндеті, реакциялық газды жаппай тасымалдау процесі және гравиметр камерасындағы реакциялар өнімдері, сондай-ақ ТГА-эксперименттерін жүргізу кезінде литий керамикасының реакциялық газбен химиялық әрекеттесу процестері сипатталған. Оттегі мен су буларының қоспасы бар гелий үрлеу газы ретінде қарастырылды.

Әзірленген модельді қолдана отырып жүргізілген есептеулер көрсеткендей, үрлеу газының жылдамдығы 100 мл/сек болғанда, үлгілер бойынша температура градиенті 2–2,5 ℃ болады,ал толтырудағы газдың жылдамдығы 0,5 мм/сек аспайды. Гелий ағынымен толтырылған қабаттың үстінде және шығу аймағында (масса анализатордың сынама алу аймағында) әртүрлі температурада тасымалданатын СО₂ концентрациясы 22 есеге дейін өзгеруі мүмкін екендігі анықталды. Осылайша, әзірленген модельдің көмегімен термогравиметр пешінің кез келген нүктесінде СО₂, СО және Н₂ концентрациясын тікелей зерттелетін үлгінің үстінде, толтырғыштың ішінде және/немесе сыртында, реакция қоспасын жіберу аймағында және масс-анализаторды сынау аймағында және т. б. есептеуге болады. Сондай-ақ, қажет болған жағдайда өлшенген мәнге қатысты толтырудың әртүрлі учаскелеріндегі концентрацияны қайта есептеу коэффициенттерін анықтауға болады. Осы модельдің көмегімен химиялық реакциялардың параметрлерін анықтауға болады-толтырудағы көміртектің бастапқы концентрациясы, реакциялардың активтену энергиясы және үрлеу гелийіндегі O₂ және H₂O қоспаларының концентрациясы, есептелген және массалық анализатордың көмегімен тіркелген қисықтардың сәйкестігіне қол жеткізуге болады. Әзірленген модель химиялық реакциялар тізімін нақтылау арқылы оның аналитикалық мүмкіндіктерін одан әрі кеңейтуге практикалық әлеуетке ие.

1. Konovalov, G.V., Kosovtseva, T.R., Tsybizov, A.V. Numerical simulation of gas dynamics of in-furnace chamber // International Journal of Mechanical Engineering and Technology (IJMET). – 2019. – T. 10. – Issue 2. – P. 1251–1257.

2. Бугрин, И.С. Денисов, М.А. Соловьев, К.Г. Разработка математической модели нагревательной печи с использованием математического пакета ANSYS / Уральский федеральный университет, 2012 г. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://elar.urfu.ru/bitstream/10995/27861/1/ivmim_2011_22.pdf. (Дата обращения 05/08/2023).

3. Lin, K., et al. Numerical methods for industrial vertical Bridgman growth of (Cd,Zn)Te / K. Lin, S. Boschert, P. Dold, K.W. Benz, O. Kriessl, A. Schmidt, K.G. Siebert, G. Dziuk // Journal of Crystal Growth. – 2002. – T. 173. – P. 237–239.

4. Liu, X., Jie, W., Zhou, Y. Numerical analysis on HgCdTe growth by ACRT-VBM / Journal. Crystal Growth. – 2000. – T. 219. – P. 22–34.

5. Kuppurao, S., Brandon, S., Derby, J.J. Analysis of interrupted growth strategies for cadmium telluride and cadmium zinc telluride / Journal of Crystal Growth. – 1996. – T. 158. – P. 459–470.

6. Reed, M.D., Szeles, Cs., Cameron, S.E. Computational modeling of heat transport in a multi-zone high-pressure vertical electro-dynamic gradient CdZnTe furnace / Journal. Crystal Growth. – 2006. – T. 289. – P. 494–501.

7. Liu Jing, et al. Numerical Simulation to Optimize Heating System in Vacuum Carburizing Furnace / Liu Jing, Li Jiadong, Wang Hao-jie, Wang Zhao-dong // Journal of Northeast University (Natural Science). – 2019. – T. 40. – P. 641–645.

8. ANSYS FLUENT 12.0 User's Guide [Electronic resource]. Access mode: https://www.afs.enea.it/project/neptunius/docs/fluent/html/ug/main_pre.htm. (Date Accessed 05/08/2023).

9. COMSOL Multiphysics Simulation Software / Software Developers web-site [Electronic resource]. Access mode: https://www.comsol.com/comsolmultiphysics (Date Accessed 11.05.2023).

10. Gordienko, Yu., et al. Research facilities of IAE NNC RK (Kurchatov) for investigations of tritium interaction with structural materials of fusion reactors / Gordienko Yu., Ponkratov Yu., Kulsartov T., Zaurbekova Zh., Koyanbayev Ye., Chikhray Ye. // Fusion Science and Technology. – 2020. – Т. 76 (6). – P. 703–709.

11. Ponkratov, Y., et al. Methodology of Corrosion Testing of Nuclear and Fusion Reactors Materials Using TGA/DSC and MS Complex Techniques / Ponkratov Y., Bochkov V., Samarkhanov K., Karambayeva I., Askerbekov S. // Eurasian Chemical-Technological Journal. – 2019. – T. 21. – P. 35–40.

12. Tazhibayeva, I., et al. Study of liquid tin-lithium alloy interaction with structural materials of fusion reactor at high temperatures / Tazhibayeva I., Ponkratov Y., Lyublinsky I., Gordienko Y., Vertkov A., Tulubayev Y., Samarkhanov K., Bochkov V., Kozhakhmetov Y., Orazgaliyev N. // Nuclear Materials and Energy. – 2022. – T. 30. –101152.

13. Ponkratov, Yu.V., et al. Investigation of the interaction of liquid tin-lithium alloy with austenitic stainless steel at high temperatures / Ponkratov Yu.V., Samarkhanov K.K., Baklanov V.V., Gordienko Yu.N., Kenzhina I.E., Bochkov V.S., Tulubayev Ye.Yu., Orazgaliyev N.A., Saparbek E. // Fusion Engineering and Design. – 2023. – T. 191. – 113560.

14. Bochkov, V., et al. Determination of thermophysical properties of prototypes of tin-lithium alloy by differential scanning calorimetry / V. Bochkov, Y.u. Ponkratov, N. Nikitenkov, Y.u. Baklanova, Y.u. Gordienko, T. Ye, K. Samarkhanov, I. Karambayeva // Journal of Physics: Conference Series. – 2022. – T. 2155. – P. 012016.

15. Chikhray, Y., et al. Hydrogen isotopic effect during the graphite high-temperature corrosion in water vapours / Chikhray Y., Askerbekov S., Kenzhina I., Gordienko Yu., Bochkov V., Nesterov E., Varlamova N. // International Journal of Hydrogen Energy. – 2019. – T. 44 (55). – P. 29365–29370.

16. Gan, Y. et al. / Yixiang Gan, Marc Kamlah, Jörg Reimann // Fusion Engineering and Design. – 2010. – Т. 85. – P. 1782–1787.

17. Qi, Z., et al. Analysis of CO2 sorption/desorption kinetic behaviors and reaction mechanisms on Li4SiO4 / Qi, Z., Daying, H., Yang, L., Qian, Y., & Zibin, Z. // AIChE Journal. – 2012. – T. 59(3). – P. 901–911.

18. Zarins, Arturs, et al. Influence of chemisorption products of carbon dioxide and water vapour on radiolysis of tritium breeder / Arturs Zarins, Gunta Kizane, Arnis Supe, Regina Knitter, Matthias H.H. Kolb, Juris Tiliks Jr., Larisa Baumane // Fusion Engineering and Design. –2014. – T. 89. – P. 1426–1430.