Mathematical modeling of radiolysis of mixtures of hydrogen, nitrogen, oxygen and their compounds in the gas phase

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

A mathematical model of radiation-induced transformations in vapor-gas mixtures containing hydrogen, nitrogen, oxygen and their compounds is presented. In accordance with the array of experimental data used in verification, the model adequately describes the directions and rates of processes in the temperature range from 0 to ~250°C, pressure from 1 kPa to 0.2 MPa (in some cases up to ~5 MPa) and absorbed dose rate up to 103–104 Gy/s over an unlimited time interval. The model can be used as a tool for performing fast calculations with wide sets of external parameters and initial conditions: when assessing the consequences of design and beyond design basis accidents at reactor facilities with water coolants, as well as when substantiating hydrogen explosion safety at facilities where there are sources of ionizing radiation.

About the authors

A. B. Sazonov

National Research Center “Kurchatov Institute”

Email: Grachev_VA@nrcki.ru
Moscow, Russia

V. A. Grachev

National Research Center “Kurchatov Institute”

Email: Grachev_VA@nrcki.ru
Moscow, Russia

O. S. Bystrova

National Research Center “Kurchatov Institute”

Email: Grachev_VA@nrcki.ru
Moscow, Russia

A. V. Frolova

National Research Center “Kurchatov Institute”

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

References

  1. Кириллов И.А., Харитонова Н.Л., Шарафутдинов Р.Б., Хренников Н.Н. // Ядерная и радиационная безопасность. 2017. № 2 (84). C. 26.
  2. Стыро И.Б., Недвецкайте Т.Н., Филистович В.И. Изотопы йода и радиационная безопасность. СПб.: Гидрометеоиздат, 1992.
  3. Хорошилова К.Д., Сазонов А.Б., Быстрова О.С. и др. // ВАНТ. Сер. Физика ядерных реакторов. 2023. Вып. 2. C. 114.
  4. Kanda Y., Oki Y., Yokoyama S., et al. // Radiat. Phys. Chem. 2005. V. 74. № 5. P. 338.
  5. Zmitko M., Sinkule J., Linek V. / In: Proceedings of a Technical Committee meeting held in Hluboka nad Vltavou, Czech Republic. IAEA, Vienna, 1999. P. 243.
  6. Matzing H. Chemical Kinetics of Flue Gas Cleaning by Electron Beam, Laboratorium fur Aerosolphysik und Filtertechnik, KFK 4494, Karlsruhe: Kernforschungszentrum, 1989.
  7. Schmitt K.L., Murray D.M., Dibble T.S. // Plasma Chem. Plasma P. 2009. V. 29. P. 347.
  8. Morco R.P., Joseph J.M., Hall D.S. et al // Corrosion Engineering, Science and Technology. 2017. V. 52. № S1. P. 141.
  9. Архипов О.П., Верховская А.О., Кабакчи С.А., Ермаков А.Н. // Атомная энергия. 2007. Т. 103. Вып. 5. С. 299.
  10. Sauer Jr. M.C. / In: The Study of Fast Processes and Transient Species by Electron Pulse Radiolysis. Ed. J.H. Baxendale and F. Busi. D. Reidel Publishing Company. 1982. P. 601.
  11. https://kinetics.nist.gov/kinetics/index.jsp (дата обращения 11.11.2024).
  12. Glarborg P., Miller J.A., Ruscic B., Klippenstein S.J. // Prog. Energy Comb. Sci. 2018. V. 67. P. 31.
  13. Atkinson R., Baulch D.L., Cox R.A. et al. // Atmos. Chem. Phys. 2004. V. 4. P. 1461.
  14. Peterson D.B. The radiation chemistry of gaseous ammonia. University of San Diego, NSRDS-NBS 44, 1974.
  15. Westley F. Table of recommended rate constants for chemical reaction occurring in combustion. Chemical kinetic information center National measurements laboratory National bureau of standards Washington, NSRDS-NBS 67, 1980.
  16. Дмитриев М.Т. // Ж. физ. хим. 1966. Т. XL. № 11. С. 2729.
  17. Willis C., Boyd A.W., Young M.J. // Can. J. Chem. 1970. V. 48. P. 1515.
  18. Cole J., Su S., Blakeley R.E., Koonath P., Hecht A.A. // Radiat. Phys. Chem. 2014. V. 106. P. 95.
  19. Дмитриев М.Т. // Ж. прикл. хим. 1963. Т. 36. Вып. 3. С. 512.
  20. Дмитриев М.Т., Пшежецкий С.Я. / В кн.: Действие ионизирующих излучений на неорганические и органические системы. М.: Изд-во АН СССР. 1958. С. 171.
  21. Дмитриев М.Т. // Изотопы в СССР. 1970. № 17. С. 11.
  22. Дмитриев М.Т. // Труды научно-исследовательского института гидрометеорологического приборостроения. Вып. 13. М.: Гидрометеоиздат, 1965. С. 80.
  23. Дмитриев М.Т., Сараджев Л.В., Миниович М.А. // Ж. прикл. хим. 1960. Т. 33. С. 808.
  24. Bryan S.A., Pederson L.R. Thermal and Combined Thermal and Radiolytic Reactions Involving Nitrous Oxide, Hydrogen, Nitrogen, and Ammonia in Contact with Tank 241-SY-101 Simulated Waste. Report PNNL-10748, 1996. 79 p.
  25. Дмитриев М.Т., Каменецкая С.А., Пшежецкий С.Я. // Химия высок. энергий 1967. Т. 1. № 3. С. 205.
  26. Willis C., Boyd A.W., Miller O.A. // Can. J. Chem. 1969. V. 47. P. 3007.
  27. Jones F.T., Sworski T.J. // J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1967. V. 63. P. 2411.
  28. Сорокин Ю.А., Пшежецкий С.Я. // Ж. Физ. Хим. 1964. Т. XXXVIII. № 3. С. 798.
  29. Cheek C.H., Linnenbom V.J. // J. Phys. Chem. 1958. V. 62. P. 1475.
  30. Boyd A.W., Willis C., Miller O.A. // Can. J. Chem. 1973. V. 51. P. 4048.
  31. Калиниченко Б.С., Кулажко В.Г., Калашников и др. Исследование процесса радиолиза воды и водяного пара под действием альфа-излучения. Препринт ИАЭ-3548/13. М.: Институт атомной энергии им. И.В. Курчатова. 1982. 16 c.
  32. Anderson A.R., Knight B., Winter J.A. // Trans. Faraday Soc. 1966. V. 62. P. 359.
  33. Dautzenberg D. // Radiat. Phys. Chem. 1989. V. 33. № 1. P. 61.
  34. May R., Stinchcombe D., White H.P. The radiolytic formation of nitric acid in argon/air/water systems. AERE R 8176, Rev. 1. Harwell, United Kingdom, 1992. 25 p.
  35. Kekki T., Zilliacus R. Formation of nitric acid during high gamma dose radiation. Research Report VTT-R-00774-11. Technical Research Center of Finland. 2011. 8 p.
  36. Kanda Y., Oki Y., Yokoyama S. et al. // Radiat. Phys. Chem. 2005. V. 74. № 5. P. 338.
  37. Russell Jones A. // Radiation Research. 1959. V. 10. № 6. P. 655.
  38. Дмитриев М.Т., Каменецкая С.А., Пшежецкий С.Я. // Химия высок. энергий. 1968. Т. 2. № 5. С. 465.
  39. Harteck P., Dondes S. // J. Chem. Phys. 1957. V. 27. № 2. P. 546.
  40. Karasawa H., Ibe E., Uchida S., Etoh Y., Yasuda Y. // Radiat. Phys. Chem. 1991. V. 37. № 2. P. 193.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 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».