В даний час активно ведуться роботи зі створення ядерних енергетичних систем IV покоління, що обумовило необхідність проведення досліджень компонентів активної зони, і, зокрема, дослідження властивостей та поведінки ядерно-чистих графітів в окислювальних середовищах при високих температурах. Виконано великий обсяг експериментальних робіт з вивчення закономірностей процесу окислення вуглецевих матеріалів, що дозволило скласти уявлення про основні фази процесу окислення, а також виконати відповідний фізико-математичний опис, однак дослідженням з моделювання таких процесів приділено недостатньо уваги: не враховується вплив гранулометричного складу та пористості графіту. Врахування цих факторів дозволить моделювати окислення вуглецевих компонентів в умовах експлуатації ядерних енергетичних систем IV покоління.

 Імітаційна модель

 В основу імітаційної моделі покладено розбиття зразка на множину кубічних елементарних комірок (рис. 1). Елементарна комірка характеризується масою та лінійними розмірами. Зразок графіту описується за допомогою тривимірної матриці V, кожен елемент якої має масу i, j, k-ої елементарної комірки.

 Формування зразка графіту запропоновано виконувати поетапно з урахуванням гранулометричного складу.

 Формування гранул проводилося, використовуючи статистичний підхід, що дозволяє задавати необхідну форму гранул залежно від марки та особливостей мікроструктури графіту – розмір, форма, процентний вміст гранул наповнювача в зразку.

 Упаковка гранул в обсязі моделі зразка графіту виконувалася з використанням розробленого оригінального алгоритму розміщення гранул.

 Результати моделювання зразка графіту марки ГМЗ представлені на рис. 2, 3. Червоним кольором вказаний матеріал, що знаходиться на межі зразка, синім – всередині.

 Імітаційна модель побудована, виходячи з припущення, що внутрішні пори зразка містять окислювач та окислюють внутрішні комірки з тією ж швидкістю, що й зовнішній окислювач.

 Детальний математичний опис моделювання окислення зразка графіту в розробленій імітаційній моделі представлений в роботі [21(2014)].

 Апробація імітаційної моделі

 Апробація імітаційної моделі проводилася на прикладі окислення зразка ядерно-чистого графіту марки ГМЗ.

 Лінійні розміри зразка – ширина 0,002 м, довжина 0,003 м, висота 0,02 м, крок розбиття зразка на кубічні елементарні комірки з заданою довжиною ребра – 0,0001 м.

 Параметри процесу окислення: температура 560 °C, концентрація окислювача 10 % О₂, тривалість процесу – 30 днів.

 Аналіз результатів моделювання (рис. 4) показує наявність динаміки окислення зразка, причому істотні структурні зміни спостерігаються через 10 днів, після 30 днів зразок втрачає властивості несучої конструкції, а після 30 днів спостерігається повне руйнування зразка.

 Моделювання з урахуванням пористості зразка дозволило врахувати нелінійність та стохастичність процесу окислення графіту.

 Помилка моделювання окислення зразка ядерно-чистого графіту становить 7 %.