КЛАСТЕРНО-АССОЦИАТНАЯ МОДЕЛЬ ВЯЗКОСТИ УРАНА Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ

УДК 66.017: 669.783_

_КЛАСТЕРНО-АССОЦИАТНАЯ МОДЕЛЬ ВЯЗКОСТИ УРАНА

Макашева А.М.

д.т.н., профессор Адылханова А. С.

магистрант кафедры НТМ Карагандинский государственный технический университет

АННОТАЦИЯ

В данной статье разработана кластерно-ассоциатная модель вязкости урана в полном диапазоне жидкого состояния. Сравнение разработанной кластерно-ассоциатной модели динамической вязкости жидкого урана, основанной на концепции хаотизированных частиц, со справочными данными по вязкости показало высокую адекватность предлагаемой модели.

Ключевые слова: концепция хаотизированных частиц, распределение Больцмана, динамическая вязкость жидкое состояние, степень ассоциации кластеров, кластерно-ассоциатная модель

Введение

Урана на Земле не так уж мало - по распространенности он на 38-м месте. Как известно, больше всего этого элемента в осадочных породах - углистых сланцах и фосфоритах. Основными формами нахождений урана в природе являются уранинит, настуран и урановые черни. Они отличаются только формами нахождения. Имеется возрастная зависимость: уранинит присутствует преимущественно в древних породах, настуран - вулканогенный и гидротермальный -преимущественно в палеозойских и более молодых высоко и среднетемпературных образованиях; урановые черни - в основном в молодых -кайнозойских и моложе - образованиях преимущественно в низкотемпературных осадочных породах. Раньше уран применяли в качестве пигмента для изготовления керамики и цветного стекла. Теперь же уран - основа атомной энергетики и атомного оружия. При этом используется его уникальное свойство -способность ядра делиться.

Авторами монографии [1] разработана модель выявления закономерности вязкости по температуре на основе концепции хаотизированных частиц (кластерно-ассоциатная модель вязкости). Данная концепция не противоречит классической теории вязкости, наоборот, является ее дополнением. Авторы данной концепции предполагают виртуальное присутствие жидкой и газообразной фаз в твердом состоянии вещества; твердой и газообразной - в жидком; твердой и жидкой - в газообразном в виде постоянно обменивающихся энергией частиц, различающихся только по преодолению или непреодолению ими тепловых барьеров плавления и кипения, которым соответствуют три класса хаотизированных частиц: кристаллоподвижные, жидкоподвижные и пароподвижные.

Жидкое состояние вещества является наиболее сложным из всех агрегатных состояний. Кластерно-ассоциатная модель вязкости жидкости позволяет по данным температурной зависимости вязкости

оценить степень ассоциации кластеров или их число. Математическая модель вязкости, предлагаемая разработчиками вышеупомянутой концепции, имеет вид:

л =^1(Г1/Г)а2(г2/г)й, (1) где —реперная точка динамической вязкости при температуре Т1 (К); а - степень ассоциации кластеров; Ь - мера понижения степени ассоциации кластеров. Показатели а и Ь находятся по следующим формулам (2), (3), (4):

а? =

а, =

Ъ =

ln(7i/T2) '

1п(71/Гз) ' 1п(йз/й2)

(2) (3) .(4)

1п(Г2/Гз)

Проверка адекватности кластерно-ассоциатной модели вязкости урана в сопоставлении с экспериментальными данными

По урану со ссылкой на работу [2] приводится сводка значений ^при различных температурах, причем в этой сводке часть данных получена в тиглях из оксида бериллия, а другая - в танталовых тиглях. В целом они оказываются совместимыми, за исключением некоторого нарушения закономерного понижения вязкости при переходе от температуры 1431 и 1452 К. В качестве реперных точек выбрали две из наиболее тщательно изученного диапазона температур 1401-1501 К (восемь точек): Т = 1404 К, = 10,10мПа - с, Т2 = 1501 К, = 8,57мПа - с, а вместе третьей реперной точки для надежности использовали определение показателя Ь по формуле (4) для смещения минимума вязкости строго в критическую точку.

Точки плавления и кипения по [3] - 1405 и 4091 К, по [4] - 1406 и 4135 К, по [5] - 1408 и 4404 К. Наша оценка Тст « 7060 К, отсюда Ь = 1/1п (Тст/ Т1) = 1/1п (7060/1404) = 0,619149 и расчетная зависимость принимает вид

^ = 10,00(1404/Г)2,ЗО9924(15О1/г)О'619149 (5) Сравнение экспериментальных и расчетных данных приведено в таблице 1 и на рисунке 1 с

более широким диапазоном температур от области кипения до критической ввиду актуальности подобных данных в случае аварийного состояния реакторов при их перегреве под высоким давлением.

Коэффициент нелинейной множественной корреляции [6] просчитывается по формуле:

Д =

N

где уэ 1,уР:1,уэ - соответственно экспериментальное (справочное), расчетное и среднее экспериментальное значения

сопоставляемых функций, к - число действующих факторов (в данном случае к = 1, так как зависимость устанавливается только от температуры); п - число проверяемых точек.

("-1)£"=1 (Уэд-Урд)

(П-&-1)2Г=1СУэ,;-Ю2

(6)

Таблица 1

ДИНАМИЧЕСКАЯ ВЯЗКОСТЬ ЖИДКОГО УРАНА ПО ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫМ ДАННЫМ [2] (ЗВЕЗДОЧКОЙ ПОМЕЧЕНЫ РЕЗУЛЬТАТЫ, ПОЛУЧЕННЫЕ В ТИГЛЯХ ИЗ ОКСИДА БЕРИЛЛИЯ, ОСТАЛЬНЫЕ - ТАНТАЛОВЫХ ТИГЛЯХ) И ПО УРАВНЕНИЮ (5)

Т, К ^ [2], мПас ^ (5), мПас а

1401 10,09* 10,05 2,41

1404 10,00 10,00 2,41

Тт = 1408 - 9,93 2,40

1409 9,83 9,92 2,40

1423 9,64 9,68 2,39

1431 9,54* 9,56 2,38

1452 9,55 9,24 2,36

1475 9,12 8,91 2,34

1501 8,57 8,57 2,31

1518 8,17* 8,36 2,29

1620 7,26* 7,30 2,20

1634 7,25* 7,17 2,19

1805 6,09* 5,96 2,06

3000 - 3,19 1,51

Ть = 4404 - 2,58 1,19

5000 - 2,48 1,10

6000 - 2,41 0,98

Тег ~ 7060 - 2,39 0,89

1

Крестики - опытные данные [2] с использованием с тиглей из оксида бериллия, точки - из тантала, линия - по уравнению (5) Рисунок 1 - Зависимость динамической вязкости урана от температуры

Значимость Я по критерию Стьюдента ^ для 95-процентного уровня достоверности [6] определяется как:

flVn-fc-l,

> 2.

(7)

В целом же коэффициент корреляции составил величину R = 0,99053 и 1я = 158 > 2, что позволяет рекомендовать уравнение (5) для надежного описания по динамической вязкости всего диапазона жидкого состояния урана.

Выводы

Кластерно-ассоциатная модель вязкости позволила построить модель для расплава урана. Для детального анализа расплава, то есть в полном диапазоне жидкого состояния, требуется больше информации по экспериментальным данным, которых, к сожалению, меньшинство.

Одна из важнейших характеристик кластер но -ассоциатной модели - степень ассоциации кластеров - закономерно понижается по мере повышения температуры, соответствующее динамике разрушения ассоциатов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Малышев В.П., Бектурганов Н.С., Турдукожаева А.М. Вязкость, текучесть и плотность веществ как мера их хаотизации. - М.: Научный мир, 2012. - 288 с.

2. Finucane I.S., Obander D. The viscosity of uranium and two uranium-chromium alloys // Hihg Themp. Sci. -1969. - Vol. 1. - P.446-480.

3. Шпильрайн Э.Э., Фомин В.А., Сковородько С.Н., Сокол Г.Ф. Исследование вязкости жидких металлов. - М.: Наука, 1983. - 243 с.

4. Свойства элементов: Справ. изд. - В 2-х кн. Кн. 2 // Под ред. Дрица М.Е. - 3-е изд., перераб. И доп. - М.: Руда и Металлы, 2003. - 456 с.

5. Волков А.И., Жарский И.М. Болшой химический справочник. - М.: Современная школа, 2005. - 608 с.

6. Дукарский О.М., Закурдаев А.Г. Статистический анализ и обработка данных на ЭВМ «Минск-22». - М.: Статистика, 1971. - 179 с.

7. Сиськов В.И. Корреляционный анализ в экономических исследованиях. - М.: Статистика, 1975. - 168 с.

Ъ =

2

1-Я

_ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ИССЛДОВАНИЕ СПЛАВОВ СИСТЕМЫ AS2TE3-IN2SE3_

DOI: 10.31618/ESU.2413-9335.2019.2.67.349 С.А.Ахмедова1, И.И.Алиев2

1Адыяманский Государственный университет, факультет искусств и наук, кафедра химия,

Турция

1 Институт Катализа и Неорганической Химии имени М.Ф.Нагиева Национальной АН Азербайджана.

Баку, пр. ГДжавида.113.

АННОТАЦИЯ

Методами ДТА, РФА, MCA, а также измерением микротвердости и определением плотности исследована система As2Te3-In2Se3 и построена Т-х_фазовая диаграмма. Установлено, что система As2Te3-In2Se3, является неквазибинарным диагольным сечением тройной взаимной системы As,In//Se,Te. В системе на основе исходных компонентов обнаружены ограниченные области твердых растворов. Установлено, что в системе твердые растворы образуются на основе As2Te3 до 1,5 мол % In2Se3, а на основе In2Se3, до 1,8 мол.% As2Te3.

Ключевые слова: фазовая диаграмма, мнкротвердость, плотность, солидус, ликвидус.

Для выяснения характера химического взаимодействия между халькогенидами мышьяка и индия, а также изыскания новых соединений, твердых растворов исследована система As2Teз-1п28ез.

В литературе о взаимодействие халькогенидов мышьяка с халькогенидами индия известно довольно много работ [1-3]. Халькогениды мышьяка и стеклообразные сплавы на их основе это материал с фотоэлектрическими,

люминесцентными и акустооптическими свойствами, а также прозрачной ИК-области спектра [4-7]. Халькогениды индия и твердые растворы на их основе являются фоточувствительными и термоэлектрическими материалами, и находят применение в полупроводниковой электронике [8-10]. Поэтому исследование характера взаимодействия халькогенидов мышьяка с халькогенидами индия является актуальным.

Целью настоящей работы является изучение характера химического взаимодействия в системе АБ2Те3-1п28е3, а также выявление новых полупроводниковых фаз.

Соединение As2Te3 плавится конгруэнтно при 381°С и кристаллизуется в моноклинной сингонии с параметрами элементарной ячейки: а = 14,339; Ь = 4,006; с = 9,873 А, в = 95° (пр. гр. С2/т) [3,11]. Плотность и микротвердость кристаллического As2Teз составляет р = 5,40 ■ 103 кг/м3 и Нд = 860 МПа.

Соединение 1п28е3 плавится конгруэнтно при 900°С и кристаллизуется в гексагональной сингонии с параметрами элементарной ячейки: а=16,00; с=19,24 А, пр. гр. Р2:/т [11].

Экспериментальная часть

Исходные компоненты As2Te3 и 1п28е3 синтезировали из элементов высокой степени чистоты. Квазитройные сплавы системы синтезировали из лигатур As2Teз и 1ш8е3 в