Role of molecular nitrogen in the radiolysis of the primary coolant of a water-water energy reactor

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The results of modeling of radiation-chemical transformations in the coolant of the VVER primary circuit are presented. It is shown that under conditions of intensive irradiation molecular nitrogen dissolved in the coolant exhibits chemical activity. The reaction of N2 molecule with excited hydroxyl initiates the formation of ammonia and nitrous acid. Further decomposition of ammonia yields only oxidized forms of nitrogen, with N2 acting as an intermediate product. Maintenance of hydrogen and oxygen concentrations within the norms at ammonia water-chemical regime (WCR) appears to be possible only at constant dosing of NH3 and degassing of the coolant. On the contrary, in the case of WCR with dosing (at the initial moment) of H2 in the absence of perturbations the steady-state regime is quickly established, satisfying the requirements of the WCR norms for VVER. The difference between the two WCRs is due to the presence of nitrogen in the NH3 molecule and its transformations as an element, regardless of the initial chemical form.

Full Text

Restricted Access

About the authors

V. A. Grachev

Kurchatov Institute

Author for correspondence.
Email: Grachev_VA@nrcki.ru
Russian Federation, Moscow

O. S. Bystrova

Kurchatov Institute

Email: Grachev_VA@nrcki.ru
Russian Federation, Moscow

A. B. Sazonov

Kurchatov Institute

Email: Grachev_VA@nrcki.ru
Russian Federation, Moscow

References

  1. Bulanov A.V., Kolesov B.I., Lukashenko M.L. et al. // Atomnaya Energiya. 2000. V. 88. No. 5. P. 353.
  2. Dmitriev M.T. // Journal of Applied Chemistry. 1963. V. 36. P. 1123.
  3. Shaede E.A., Edwards B.F.P., Walker D.C. // J. Geophys. Phys. Chem. 1970. V. 74. № 17. P. 3217.
  4. Kabakchi S.A., Arkhipov O.P., Verkhovskaya A.O., Lukashenko M.L. // VANT Physics of Nuclear Reactors. 2023. № 2. P. 105.
  5. Karasawa H., Ibe E., Uchida S., Etoh H., Yasuda T. // Radiat. Phys. Chem. 1991. V. 37. № 2. P. 193.
  6. Etoh Y., Karasawa H., Ibe E., et al. // Journal of Nuclear Science and Technology. 1987. V. 24. № 8. P. 672.
  7. Yamamoto Y., Suzuki T. // J. Phys. Phys. Chem. Lett. 2020. V. 11. P. 5510.
  8. German K.R. // J. Chem. Phys. 1975. V. 63. P. 5252.
  9. German K.R. // J. Chem. Phys. 1975. V. 62. P. 2584.
  10. Qin X., Zhang S.D. // Journal of the Korean Physical Society. 2014. V. 65. № 12. P. 2017.
  11. Zanganeh A.H., Fillion J.H., Ruiz J.et al. // J. Chem. Phys. 2000. V. 112. P. 5660.
  12. Hans A., Ozga C., Seide R. et al. // J. Phys. Phys. Chem., B. 2017, V. 121. № 10. P. 2326.
  13. Miyazaki T., Nagasaka S., Kamiya Y., Tanimura K. // J. Phys. Phys. Chem. 1993. V. 97. № 41. P. 10715.
  14. Mordaunt D.H., Ashfold M.N.R., Dixon R.N.. // J. Chem. Phys. 1994. V. 100. P. 7360.
  15. Grachev V.A., Sazonov A.B. // High Energy Chemistry. 2022. V. 56. № 2. P. 120.
  16. Egorov Yu.A. Fundamentals of Radiation Safety of Nuclear Power Plants. Moscow: Energoizdat, 1982. 272 p.
  17. Gordeev A.V., Ershov B.G. // Atomic Energy. 1992. V. 73. № 4. P. 322.
  18. Gordeev A.V., Ershov B.G. // Atomic Energy. 1992. V. 73. № 4. P. 325.
  19. Elliot. A.J., Chenier M.P., Ouellette D.C. // J. Chem. Chem. Soc., Faraday Trans. 1993. V. 89. № 8. P. 1193.
  20. Sunaryo G.R., Katsumura Y., Hiroishi D., Ishigure K. // Radiat. Phys. Chem. 1995. V. 45. № 1. P. 131.
  21. Kabakchi S.A. Mathematical modeling of radiation impact on water coolants of nuclear power plants. Moscow: Kurchatov Institute, 2018. 111 p.
  22. da Silva G., Dlugogorski B.Z., Kennedy E.M. // International Journal of Chemical Kinetics. 2007. V. 39. № 12. P. 645.
  23. da Silva G., Dlugogorski B.Z., Kennedy E.M. // Chem. Eng. Sci. 2006. V. 61. P. 3186.
  24. Habersbergerova A., Bartonicek B. // Nukleonika. 1981. V. 26. № 7–8. P.783.
  25. Dey G.R. // Radiat. Phys. Chem. 2011. V. 80. № 3. P. 394.
  26. Grachev V.A., Sazonov A.B., Bystrova O.S. // XXII International Conference of Young Specialists on Nuclear Power Plants. Collection of reports. Podolsk, JSC OKB GIDROPRESS, 2022. P. 128.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Decomposition of ammonia in the coolant of a research reactor. Points – experiment [24], lines – calculation. 1, □ – 5.5 mmol/l NH3 + 70 mmol/l H3BO3 (30°C); 2, ▲ – 5.25 mmol/l NH3 (30°C); 3, × – 5.3 mmol/l NH3 + 168 mmol/l H3BO3 (180°C).

Download (149KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. The yield of nitrogen binding during irradiation of a solution of H2 (mg/kg) / N2 (mg/kg): 1 – 3/20; 2 – 4/35; 3 – 5/50; 4 – 6/65; 5 – 8/95.

Download (192KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Yields of bound nitrogen and ammonia formation (N atom/100 eV) at 25°C depending on the nitrogen pressure P above the solution. Dots – experiment [2], solid lines – calculation. ♦, 1 – N2; ◊, 2 – NH3.

Download (120KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Concentration of water and ammonia radiolysis products in the coolant of WWER, WCR “N”: 1 – N2; 2 – H2; 3 – NH3; 4 – HNO2; 5 – oxidation products; 6 – O2.

Download (141KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Concentration of water and ammonia radiolysis products in the coolant of WWER, WCR “A”: 1 – N2; 2 – H2; 3 – NH3; 4 – HNO2; 5 – oxidation products; 6 – O2.

Download (139KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Concentration of water and ammonia radiolysis products in the coolant of WWER, WCR “AN”: 1 – N2; 2 – H2; 3 – NH3; 4 – HNO2; 5 – oxidation products; 6 – O2.

Download (138KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Concentration of water and ammonia radiolysis products in the coolant of WWER, WCR “C”: 1 – N2; 2 – H2; 3 – NH3; 4 – HNO2; 5 – oxidation products; 6 – O2.

Download (133KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. Concentration of water and ammonia radiolysis products in the coolant of WWER, WCR “N”: 1 – N2; 2 – H2; 3 – NH3; 4 – HNO2; 5 – NO.

Download (125KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».