Thermodynamics and vapourization of Cs-, Sr-, Ba-containing oxide systems valid for nuclear safety problems

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The review provides a systematic analysis of the studies carried out mainly in the last decade in which thethermodynamic properties and vapourization of the systems containing cesium, strontium, and barium were studied by high-temperature mass spectrometry. Such systems are of particular interest for considering the problems of environmental safety in the nuclear power industry. Particular attention is paid to the issues of reliable identification of the content of the gaseous phase over oxide systems, which are important in various high-temperature technologies, including the disposal of radioactive waste, reprocessing of nuclear fuel, as well as ensuring the safe operation of nuclear power plants. A discussion and comparison of thermodynamic data found in the literature for the systems under consideration in a wide temperature range were also carried out featuring the main advantages of the Knudsen mass spectrometric effusion method.Bibliography — 117 references.

About the authors

Valentina Leonidovna Stolyarova

I. V. Grebenshchikov Institute of Silicate Chemistry of the Russian Academy of Sciences; Saint Petersburg State University

Email: valentina.stolyarova@VS21190.spb.edu
Doctor of chemical sciences, Professor

Andrey Leonidovich Shilov

I. V. Grebenshchikov Institute of Silicate Chemistry of the Russian Academy of Sciences; Saint Petersburg State University

Tamara Viktorovna Sokolova

I. V. Grebenshchikov Institute of Silicate Chemistry of the Russian Academy of Sciences

Masaki Kurata

Wellman Center for Photomedicine, Massachusetts General Hospital

Davide Costa

Department of Mechanical Engineering, University of Houston

References

  1. V.L.Stolyarova. Russ. Chem. Rev., 85, 60 (2016)
  2. V.L.Stolyarova. CALPHAD, 64, 258 (2019)
  3. Yu.A.Zolotov. J. Tech. Nat. Sci., 11, 117 (2015)
  4. R.S.Borisov, O.I.Klychnikov, A.T.Lebedev, V.B.Pronin, A.A.SysoevaV.G.Zaikin. J. Anal., 10, 1567 (2021)
  5. A.I.Rusanov. Russ. Chem. Rev., 85, 1 (2016)
  6. Yu.A.Borisov, A.V.Gusarov, L.N.Gorokhov. High Temperature, 2, 487 (1964)
  7. A.V.Gusarov, L.N.Gorokhov. High Temperature, 4, 636 (1966)
  8. V.L.Stolyarova, G.A.Semenov. Mass Spectrometric Study of the Vaporization of Oxide Systems. (Chichester: Wiley and Sons, 1994). 434 p.
  9. E.K.Kazenas. Termodinamika Ispareniya Dvoinykh Oksidov. (Thermodynamics of Vaporization of Binary Oxides). (Moscow: Nauka). 551 p.
  10. V.L.Stolyarova, A.L.Shilov, O.N.Pestova, T.V.Sokolova. Nuclear Propulsion Reactor Plants. Life Cycle Management Technologies, 3, 37 (2022)
  11. T.Kindap, U.Turuncoglu, S.H.Chen, A.Unal, M.Karaca. Water, Air and Soil Pollution, 198, 393 (2009)
  12. B.K.Sovacool. J. Contemporary Asia, 40, 369 (2010)
  13. A.Yu.Petrov. Rosenergoatom, 2, 4 (2020)
  14. V.G.Asmolov. Sci. Am., 2, 32 (2015)
  15. V.S.Arutyunov, G.V.Lisichkin. Russ. Chem. Rev., 86, 777 (2017)
  16. E.Buglova, T.McKenna, V.Kutkov. Radioprotection, 48, S73 (2013)
  17. T.McKenna, W.P.Vilar, J.Callen, R.Martincic, B.Dodd, V.Kutkov. Health Phisics Society, 108, 15 (2015)
  18. V.Kutkov, V.V.Tkachenko, S.P.Saakian. Nuclear Energy and Technology, 2, 24 (2016)
  19. V.Kutkov, V.V.Tkachenko. Nuclear Energy and Technology, 3, 38 (2017)
  20. A.P.Moller, T.A.Mousseau. Trends Ecol. Evol., 21, 200 (2006)
  21. M.I.Balonov. Radiatsiya i Risk, 15, 97 (2006)
  22. Y.Shibahara, T.Kubota, T.Fujiia, S.Fukutani, T.Ohta, K.Takamiya, R.Okumura, S.Mizuno, H.Yamana. J. Nucl. Sci. Technol., 51, 575 (2014)
  23. S.Bechta, W.Ma, A.Miassoedov, C.Journeau, K.Okamoto, D.Manara, D.Bottomley, M.Kurata, B.R.Sehgal, J.Stuckert, M.Steinbrueck, B.Fluhrer, T.Keim, M.Fischer, G.Langrock, P.Piluso, Z.Hozer, M.Kiselova, F.Belloni, M.Schyns. Ann. Nucl. Energy, 124, 541 (2019)
  24. S.I.Lopatin, S.M.Shugurov, V.L.Stolyarova, N.G.Tyurnina. Russ. J. Gen. Chem., 76, 1878 (2006)
  25. V.L.Stolyarova, S.I.Lopatin, N.G.Tyurnina. Dokl. Phys. Chem., 411, 309 (2006)
  26. V.L.Stolyarova, S.I.Lopatin, S.M.Shugurov, N.G.Tyurnina. Dokl. Phys. Chem., 411, 315 (2006)
  27. Patent RU 2192053 C1 (2002)
  28. Patent RU 2212719 C2 (2003)
  29. Patent FI 118445 (2007)
  30. V.V.Gusarov, V.I.Almjashev, V.B.Khabensky, S.V.Bechta,V.S.Granovsky. Zh. Ros. Khim. Ob-va im. D.I.Mendeleeva, 49, 42 (2005)
  31. Patent RU 2586224 C1 (2016)
  32. V.B.Khabensky, V.S.Granovsky, A.A.Sulaczkij, M.B.Sulaczkaya, V.I.Almjashev. Atom. Ehnerg., 132, 116 (2022)
  33. M.I.Ojovan, P.P.Poluektov. Priroda, 3, 3 (2010)
  34. M.Ojovan, P.Poluektov, V. Kascheev. Nucl. Eng. Int., 7, 28 (2012)
  35. V.I.Almjashev, V.B.Khabensky, V.S.Granovsky, E.V.Krushinov, S.A.Vitol, A.A.Sulatsky, E.V.Shevchenko. Atom. Enegr., 132, 110 (2022)
  36. M.I.Ojovan, W.E.Lee. New Developments in Glassy Nuclear Wasteforms. (Nova Sci. Publ., 2007). 135 p.
  37. Patent RU 2176830 C2 (2001)
  38. Y.Shibahara, T.Kubota, T.Fujii, S.Fukutani, T.Ohta, K.Takamiya, R.Okumura, S.Mizuno, H.Yamana. J. Nucl. Sci. Technol., 51, 575, (2014)
  39. P.Singh, M.Bandyopadhyay, K.Pandya, M.Bhuyan, A.Chakraborty. Nucl. Fusion, 59, 106023 (2019)
  40. Patent RU 2569651 C1 (2015)
  41. M.H.Langowski, J.G.Darab, P.A.Smith. PNNL-11052 UC-512 Project Technical Information (1996)
  42. S.Bechta, W.Ma, A.Miassoedov, C.Journeau, K.Okamoto, D.Manara, D.Bottomley, M.Kurata, B.R.Sehgal, J.Stuckert, M.Steinbrueck, B.Fluhrer, T.Keim, M.Fischer, G.Langrock, P.Piluso, Z.Hozer, M.Kiselova, F.Belloni, M.Schyns. Ann. Nucl. Energy, 124, 541 (2019)
  43. G.Balducci, A.Ciccioli, G.De.Maria, F.Hodaj, G.M.Rosenblatt. Pure Appl. Chem., 81, 299 (2009)
  44. J.Drowart, C Chatillon, J.Hastie, D.Bonnell. Pure Appl. Chem., 77, 683 (2005)
  45. A.S.Smirnov, N.A.Gribchenkova, A.S.Alikhanyan. J. Chem. Technol., 22, 427 (2021)
  46. F.-Z.Roki, C.Chatillon, M.-N.Ohnet, D.Jacquemain. J. Chem. Thermodynam., 40, 401 (2008)
  47. F.-Z.Roki, M.-N.Ohnet, S.Fillet, C.Chatillon, I.Nuta. J. Chem. Thermodynam., 65, 247 (2013)
  48. F.-Z.Roki, M.-N.Ohnet, S.Fillet, C.Chatillon, I.Nuta. J. Chem. Thermodynam., 70, 46 (2014)
  49. K.Nakajima, T.Takai, T.Furukawa, M.Osaka. J. Nucl. Mater., 491, 183 (2017)
  50. V.L.Stolyarova, S.I.Lopatin, G.A.Sycheva, E.N.Plotnikov. Glass Phys. Chem., 31, 789 (2005)
  51. V.L.Stolyarova, V.A.Vorozhtcov, S.I.Lopatin, S.M.Shugurov, E.P.Simonenko, N.P.Simonenko, M.Kurata, D.Costa. Rapid Commun. Mass Spectrom., 35, e9079 (2021)
  52. E.H.P.Cordfunke, R.J.M.Konings, E.F.Westrum. Thermochim. Acta, 128, 31 (1988)
  53. R.Vandeputte, D.Khiri, C.Lafont, L.Cantrel, F.Louis. J. Nucl. Mater., 517, 63 (2019)
  54. E.L.Kozhina, M.M.Shultz. Glass Phys. Chem., 22, 477 (1996)
  55. V.L.Stolyarova, S.I.Lopatin, O.L.Belousova, L.V.Grishchenko. Glass Phys. Chem., 32, 55 (2006)
  56. E.N.Plotnikov, V.L.Stolyarova. Glass Phys. Chem., 32, 181 (2006)
  57. V.L.Stolyarova, S.I.Lopatin, E.N.Plotnikov. Glass Phys. Chem., 32, 543 (2006)
  58. E.N.Plotnikov, V.L.Stolyarova. Glass Phys. Chem., 32, 550 (2006)
  59. V.L.Stolyarova. J. Non-Cryst. Solids, 354, 1373 (2008)
  60. R.Odoj, K.Hilpert. Z. Naturforsch., 35a, 9 (1980)
  61. E.K.Kazenas, I.O.Samoylova, G.K.Astakhova. Russ. Metallurgy (Metally), 4, 38 (1997)
  62. V.L.Stolyarova, V.A.Vorozhtcov, S.I.Lopatin, S.M.Shugurov, E.P.Simonenko, N.P.Simonenko, M.Kurata, D.Costa. Rapid Commun. Mass Spectrom., 35, e9097 (2021)
  63. I.Johnson. J. Phys. Chem., 79, 722 (1975)
  64. M.Yamawaki, T.Oka, M.Yasumoto, H.Sakurai. J. Nucl. Mater., 201, 257 (1993)
  65. E.K.Kazenas, I.O.Samoilova, G.K.Astakhova. Russ. Met., 4, 39 (1997)
  66. S.I.Lopatin, G.A.Semenov, T.S.Pilyugina. Zh. Obshch. Khim., 70, 529 (2000)
  67. E.K.Kazenas, I.O.Samoylova, G.K.Astakhova, A.A.Petrov. Russian Metallurgy (Metally), 6, 14 (2001)
  68. S.I.Lopatin, G.A.Semenov, T.S.Pilyugina. Russ. J. Gen. Chem., 72 (12), 1857 (2002)
  69. S.I.Lopatin, S.M.Shugurov, V.L.Stolyarova, N.G.Tyurnina. Russ. J. Gen. Chem., 76, 1878 (2006)
  70. T.Kou, M.Asano. High Temp. Sci., 24, 1 (1987)
  71. M.Asano, T.Kou. J. Chem. Thermodynam., 20 (10), 1149 (1988)
  72. M.Asano, T.Kou. J. Chem. Thermodynam., 22, 1223 (1990)
  73. T.Kou, M.Asano. Bull. Inst. Atom. Energy Kyoto Univ., 73, 49 (1988)
  74. T.Kou, M.Asano. Bull. Inst. Atom. Energy Kyoto Univ., 73, 50 (1988)
  75. M.Asano, T.Kou. High Temp. Sci., 29, 171 (1990)
  76. M.Asano, T.Kou. Bull. Inst. Atom. Energy Kyoto Univ., 74, 56 (1988)
  77. M.Asano, T.Kou. Bull. Inst. Atom. Energy Kyoto Univ., 74, 57 (1988)
  78. M.Asano, T.Kou. J. Chem. Thermodynam., 21, 837 (1989)
  79. S.I.Lopatin, G.A.Semenov, V.I.Baranovskii, S.M.Shugurov, V.V.Sizov. Russ. J. Gen. Chem., 71, 1342 (2001)
  80. S.I.Lopatin, V.L.Stolyarova, N.G.Tyurnina, Z.G.Tyurnina. Russ. J. Gen. Chem., 76, 1687 (2006)
  81. V.L.Stolyarova, S.I.Lopatin, N.G.Tyurnina. Dokl. Phys. Chem., 411, 309 (2006)
  82. V.L.Stolyarova, S.I.Lopatin, S.M.Shugurov, N.G.Tyurnina. Dokl. Phys. Chem., 411, 315 (2006)
  83. V.L.Stolyarova, S.I.Lopatin, A.L.Shilov. Russ. J. Gen. Chem., 79, 1778 (2009)
  84. S.I.Lopatin, G.A.Semenov, S.M.Shugurov. Russ. J. Gen. Chem., 73, 169 (2003)
  85. E.K.Kazenas, Yu.V.Tsvetkov, I.O.Samoilova, G.K.Astakhova, V.A.Volchenkova. Russ. Metallurgy (Metally), 2008, 104 (2008)
  86. E.K.Kazenas, Yu.V.Tsvetkov, G.K.Astakhova, I.O.Samoilova, V.A.Volchenkova. Russ. Metallurgy (Metally), 2007, 105 (2007)
  87. S.I.Lopatin, G.A.Semenov. Rus. J. Gen. Chem., 71, 1522 (2001)
  88. E.Rangel-Salinas, A.Pisch, C.Chatillon, C.Bernard. ECS Transactions, 3, 87 (2007)
  89. G.A.Semenov, S.I.Lopatin. Rus. J. Gen. Chem., 71, 828 (2001)
  90. S.M.Shugurov, S.I.Lopatin. J. Chem. Thermodynam., 37, 715 (2005)
  91. S.M.Shugurov, S.I.Lopatin. Russ. J. Gen. Chem., 76, 871 (2006)
  92. V.L.Stolyarova, S.I.Lopatin, A.A.Selyutin, V.A.Vorozhtcov, S.M.Shugurov. Russ. J. Inorg. Chem. 67, 2077 (2022)
  93. V.L.Stolyarova, V.A.Vorozhtsov, S.I.Lopatin, A.A.Selyutin, S.M.Shugurov, A.L.Shilov, V.A.Stolyarov, V.I.Almjashev. Rapid Commun. Mass Spectrom., 37, e9459 (2023)
  94. D.-H.Peck, M.Miller, K.Hilpert. J. Electrochem. Soc., 148, A657 (2001)
  95. I.Yu.Archakov, V.L.Stolyarova, M.M.Shultz. In V Ural skaya Konferentsiya po Fizicheskoi Khimii i Elektrokhimii Ionnykh Rasplavov i Tverdykh Elektrolitov. (Vth Ural Conference on Physical Chemistry and Electrochemistry of Ionic Melts and Solid Electrolytes). (Sverdlovsk: UO Akad. Nauk SSSR, 1989). P. 11
  96. V.L.Stolyarova, I.Yu.Archakov, M.M.Shultz. In Proceedings of the Sundaram Symposium, An International Symposium on Thermochemistry and Chemical Processing. (Ed. C.K.Mathews). (Kalpakkam, India: The Indian Institute of Metals, 1991). P. 429
  97. E.H.P.Cordfunke, R.J.M.Konings, R.R.Laan, W.Ouweltjes. J. Chem. Thermodynam., 25, 343 (1993)
  98. S.I.Lopatin, G.A.Semenov, S.M.Shugurov. Russ. J. Gen. Chem., 71, 61 (2001)
  99. E.H.P.Cordfunke, C.P.Groen, M.E.Huntelaar, C.A.Alexander, J.S.Ogden. J. Chem. Thermodynam., 32, 839 (2000)
  100. S.I.Lopatin, S.M.Shugurov, V.L.Stolyarova, Z.G.Tyurnina. J. Chem. Thermodynam., 38, 1706 (2006)
  101. V.L.Stolyarova, S.I.Lopatin, S.M.Shugurov, Z.G.Tyurnina. Dokl. Phys. Chem., 407, 85 (2006)
  102. Z.G.Tyurnina, V.L.Stolyarova, S.I.Lopatin, E.N.Plotnikov. Dokl. Phys. Chem., 409, 186 (2006)
  103. Z.G.Tyurnina, S.I.Lopatin, V.L.Stolyarova. Rus. J. Gen. Chem., 78, 14 (2008)
  104. S.I.Lopatin, S.M.Shugurov, G.A.Semenov. Russ. J. Gen. Chem., 73, 1866 (2003)
  105. E.K.Kazenas, Yu.V.Tsvetkov, I.O.Samoilova, G.K.Astahova, A.A.Petrov. Russ. Metallurgy (Metally), 1, 14 (2003)
  106. E.K.Kazenas, Yu.V.Tsvetkov, I.O.Samoilova, G.K.Astahova, A.A.Petrov, B.A.Volchenkova. Russ. Metallurgy (Metally), 4, 34 (2003)
  107. S.I.Lopatin, S.M.Shugurov, G.A.Semenov. Dokl. Phys. Chem., 386, 255 (2002)
  108. V.L.Stolyarova, S.I.Lopatin, S.M.Shugurov. Dokl. Phys. Chem., 397, 158 (2004)
  109. S.I.Lopatin, S.M.Shugurov, A.I.Panin. Rapid Commun. Mass Spectrom., 30, 2027 (2016)
  110. J.W.Hastie. Pure Appl. Chem., 56, 1583 (1984)
  111. V.L.Stolyarova. ECS Transactions, 46, 55 (2013)
  112. V.L.Stolyarova, S.I.Lopatin. Vestn. KGTU, 1, 98 (2010)
  113. A.L.Shilov, V.L.Stolyarova. Rus. J. Gen. Chem., 80, 2414 (2010)
  114. V.A.Vorozhtcov, D.A.Yurchenko, V.I.Almjashev, V.L.Stolyarova. GlassPhys. Chem., 47, 417 (2021)
  115. NUCLEA: Thermodynamic Database for Nuclear Applications [Electronic resource]; http://thermodata.online.fr/nuclea.html (access date 05.05.2023)
  116. S.Bakardjieva, M.Barrachin, S.Bechta, P.Bottomley, L.Brissoneau, B.Cheynet, E.Fischer, C.Journeau, M.Kiselova, L.Mezentseva. Prog. Nucl. Energy, 52, 84 (2010)
  117. https://www.oecd-nea.org/jcms/pl_24703/thermodynamics-of-advanced-fuels-international-database-taf-id (access date 05.05.2023)

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

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».