وتشكل أجهزة إعادة تصنيع المياه التي تسببها مؤخرا العمود الفقري لأسطول الطاقة النووية العالمي، حيث تمثل أكثر من 60 في المائة من جميع المفاعلات العاملة في جميع أنحاء العالم، وتكمن في قلب كل وحدة من وحدات حفظ الطبيعة في أن تكون السفينة التي تعمل تحت ضغط المفاعلات، وهي هيكل واسع النطاق لاحتواء الفولاذ يجب أن يتحمل درجات الحرارة القصوى، والضغوط العالية، والإشعاع النيوترونات الشديدة، حيث تسعى المصانع القائمة إلى تجديدات الإشعاعية لما بعد 60 سنة، وتهدف تصميمات الجديدة إلى تحقيق جودة العمر

فهم الأضرار الإشعاعية في المفاعل فيسيل

فالقصف النيوتروني من النواة النووية يسبب مجموعة من التغييرات في البنية المجهرية في الفولاذ الأسمدة المستخدمة في المواد ذات الصبغة المميتة، وأكثرها إرهاقاً هو قذف الإشعاع، حيث تفقد المواد القدرة على الصمود وتصبح عرضة للكسر، ويحدث ذلك من خلال تكوين مفترقات للثبات الثروية الفلفلية، والفصل الفوسفوري في حدود الحبوب، وخلق نقاط حرارة

وهناك آلية أخرى للتدهور الحرج هي التورم الناجم عن الإشعاع، حيث يؤدي التكوين اللاغي إلى التوسع الدائم في الحجم، وفي سفن PWR، يكون الارتفاع أقل حدة من ذي قبل في مكونات المفاعلات السريعة، ولكن لا يزال يتعين حسابه في تحليلات الإجهاد، ويتيح التقدم في التصنيع الآن رقابة أشد على البنية الدقيقة الأولية للصلب، مما يؤثر تأثيرا مباشرا على ندرة ونمو الفراغات والمفترسات تحت الإشعاع.

الابتكارات في مجال علوم المواد

بطن منخفض وفول من طراز Ultra-Pure

كما أن أكثر الطرق مباشرة إلى مقاومة الإشعاعات العالية هي الحد من محتوى النحاس في الفولاذ، كما أن عمليات إعادة الصهر التقليدية التي تبلغ 508 غرامات و533 فولاذية من نوع " آر بي إن " تستخدم في التكوينات واللوحات ذات الصبغة الفائقة تخفض مستويات التراكم النحاسية إلى ما دون 0.05 في المائة، كما أن هذا الانخفاض يبطئ بدرجة كبيرة من التكوين الرئوي.

(النيكل) و(مانغانز) (الفولاذ)

وقد تبين أن زيادة محتوى النيكل فوق النطاق التقليدي الذي يتراوح بين 0.5 و1.0 في المائة من شأنه أن يعزز هيكلاً بحرياً أكثر استقراراً ويقلل من التحول في درجة حرارة الانتقال من الموصل إلى الماشية تحت التشعير، بينما تُعتبر السبيكة التي تتراوح بين 2 و4 في المائة من النيكل مؤهلة للجيل القادم من المفاعلات ذات الصبغة العالية، غير أن هناك حاجة إلى مراقبة دقيقة لأن النيكل يمكن أن تؤدي أيضاً إلى تفاقم التفرقة بين الفوسفورية والفول السوداني.

زيركونيوم - باسيد كلادنغ ولينر

وفي حين توفر قذيفة السفينة قوة هيكلية، فإن السطح الداخلي الذي يربط مبرد المفاعل غالبا ما يحميه طبقة من الصلب لا تصق بمقاومة التآكل، كما أن أساليب الصنع المتقدمة لا تسمح باستخدام السكك الحديدية المسببة للتآكل، وهي عوامل تؤدي في جوهرها إلى انخفاض رقعة طبقة الاستيعاب النيوترونات، وإلى مقاومة أعلى لتقنيات التآكل الإشعاعي المسببة للتآكل.

وللاطلاع على نظرة أعمق على برامج التأهيل المادي، انظر التقرير التقني للشركة عن مراقبة السفن المفاعلية .

تحسين عملية التصنيع

Large-Scale Forging and Ingot Casting

وتتم اختلاقات متطورة من حلقات مزورة ذات قطعة واحدة، وتقضي على اللحام الطويل الذي كان ضعيفاً مرة، وتخفض أوجه التقدم في الصبغ المفرغ، بما في ذلك تحطيم الفراغ وتدفقات متعددة، وتسمح بإنتاج غبارات تتراوح بين 500 و600 طن متري ذات نظام كيميائي غير مسبوق، ويقلل استخدام التسلسلات المثلى للارتفاع في عمليات التبريد، مثل التنظيف المتعدد الجوانب

المعالجة المثلى للدم

ويمكن لعملية الإغراء التي تلي التساؤل أن تحدد التوزيع النهائي للكاربيدات وصعوبة الفولاذ، وباستخدام نماذج ديناميات السوائل الحاسوبية ومصفوفات الترربوبيل في الموقع، أن تحقق الجهات المصنعة الآن معدلات تدفئة وتبريد متسقة للغاية عبر أجزاء كبيرة، وقد تبين أن الجداول الزمنية المخففة التي تنتج هيكلاً أحادياً أدنى من السعة تُحد من التحول في منحنىات الحرارية بعد أن تكون متطورة.

مراقبة النقاء والتنظيف

وتتأثر مقاومة الإشعاع بدرجة كبيرة بتركيز عناصر الترامب مثل الكبريت والزرنيخ والانتاميس والقصدير، وتخفض عمليات التكرير الثانوية الحديثة من الكبريت دون 0.002 في المائة، كما أن الرفض الحاد للجوز، بالاقتران مع صقل الشعاع الإلكتروني، يمكن أن يحقق مستويات من الارتباك تعتبر غير قابلة للاحتمال، كما أن استخدام معالجة الفرن السلي المعطلة وإضافات الكالسيوم يمكن أن يؤدي إلى تشديد.

An excellent overview of clean steel practices is provided by the ]Outokumpu technical guide on clean steel production].

تكنولوجيات الإلحام المتقدمة

لازر بيم

فالليزر ذات القدرة العالية تتيح الآن لحام ثقوب رئيسية من الصلب ذي الشقوق السككية بأقل قدر من المدخلات الحرارية، وبالنسبة لتطبيقات النفط المحتوية على الليزر، فإن التلويث الليزري يخفض من عرض المنطقة المتأثرة بالحرارة إلى بضعة مليمترات، مقارنة بالمراحل التي تستخدم فيها أجهزة الكشف عن الغازات ذات الصبغة المتوسطة والتي تتراوح بين 10 و 20 ملم، والتي تحتوي على مستويات أقل من الإشعاعات المخففة.

إلكترون بيام

إن إلمام الشعاع الكهربي يوفر تغلغلا أعمق مع منطقة ضيقة جدا من الصمامات، إذ يمكن لللوحات التي تصل إلى 100 مم أن تنتج مفاصل من طراز EBW دون مواد مشبع، مما يزيل تماما الحاجة إلى تصاريح متعددة للحامض وما يرتبط بها من دوام حراري، وينتج عن ذلك تركيبة سميكة من الطوابق الجذابة التي تظهر مقاومة للأشعة مماثلة لجيل الأساسي.

"الحشرة"

وعلى الرغم من أن استخدام الفولاذ المزود بالنفط المميت أكثر شيوعا في سبائك الألمنيوم، فقد تم تكييف اللحام المشتعل من أجل تطبيقات الفولاذ RPV، وتستخدم هذه المبيدات أداة تناوبية لتخصيب المواد البلاستيكية، وتولد الحرارة من خلال الاحتكاك دون أن تذوب، ولا يوجد في هذا المركب أي تفكك أو تشوه منخفض أو هيكل محار متصلب للبرايلات مقاوم بشدة للضرر الإشعاع.

العلاج الأمثل بعدوى العجلات

ويجب تخفيف حدة التوترات المتبقية التي خلفها الإلحام من خلال المعالجة الحرارية بعد الديدان من أجل خفض قوة الدفع للنمو الناجم عن الإشعاع، كما أن التقدم في تصميم الفرن ومراقبة درجات الحرارة يتيح الآن تخفيف الضغط بمعدلات شديدة التحكم، ويتجنب تكوين الرشوة التي يمكن استخدامها في مرحلة الترميم المضلل، ويعتمد بعض الصانعين تدريباً توجيهياً محلياً على الإصلاحات الميدانية، مما يقلل من الحمولة الحرارية في كامل السفينة التي تُتوقع فيها.

العلاجات السطحية والترميزات

التكويجات الحرارية

ويستخدم وقود الأكسجين عالي السرعة ورش البلازما لتطبيق المعاطف الارتطام والمقاومة للتآكل على السطح الداخلي للأشعة المقطعية، وهذه المعاطف، التي كثيرا ما تكون قائمة على النيكل الكروم أو سبائك الأشعة تحت الكهرومية الحديدية، توفر حاجزاً يخفض من سرعة حدوث التوابل الإشعاعية العالية والفولاذية.

التوليد والشحن

وتنتج المعالجة السطحية الحرارية مثل تكرير الغاز وحرقه طبقة مدمرة من الانتشار تقاوم اللبس والتآكل بينما تحافظ على الواجهة الداخلية الصعبة، وبالنسبة لتطبيقات النفط الخام، فإن التكسيرات المنخفضة الحرارة (دون 550 درجة مئوية) تتجنب التوعية بطبقة الصلب غير الملموسة وتخفف من التشوهات إلى أدنى حد، وقد أظهرت الطبعة الإشعاعية التي تصب بالقرب من موقع الإطلاق.

النيكل الخفيف

وتوضع المعاطف النيكلية الفوسفورية الكهربية مباشرة على الفولاذ دون تيار خارجي، مما يضمن سميك الزي الموحد حتى على المعالم الأرضية المعقدة مثل أنبوب توجيه الدوارة المزودة بالنوزل والتحكم، وتظهر هذه المعاطف مقاومة إشعاعية ممتازة، وتوفر حاجزاً للتآكل وارتطام الهيدروجين، ويحسن هيكل المعاطف المحتوي على النيتروز في إطار القاذفات المجهرية

ويمكن الاطلاع على مزيد من التفاصيل عن تكنولوجيات التغليف الخاصة بالتطبيقات النووية في دليل الوكالة الدولية للطاقة الذرية بشأن إدارة السفن المفاعلة في مرحلة الشيخوخة .

الاتجاهات والتحديات المستقبلية

3 - تعزيز السواحل المُعدَّلة وتشويش الأوكسيد

وربما تكون الحدود الأكثر إثارة هي تطوير الفولاذ المعزز من أكسيد النيتروز، الذي يحتوي على تشت موحد بين الجسيمات النانوية (Y2O3) التي تُنتج فيها هذه الجسيمات كبواليات للشواغر التي تسببها الإشعاعات والمواثيق التي تُعد كثيفة الارتفاع وتُكبت بشكل فعال، وقد ثبت أن الفولاذات المحتوية على مواد مستنفدة تتجاوز التعرض السريع للتشريدات النيوترية النيوترية

التصنيع الإضافي للداخليات المعقدة

ويجري استكشاف تركيب أسرة مسحوق لازر ورسم الطاقة الموجهة لتصنيع مكونات داخلية للمفاعلات مثل هياكل الدعم الأساسية، ومزجات الزهرة، وحتى اختراقات الأزياء، وهذه الأساليب تتيح قنوات التبريد الداخلي، والتشكيلات المصنفة، والتشكيلات شبه الشباك التي تقلل من النفايات المادية والوقت الذي يستغرقه، وقد أظهرت الهياكل الدقيقة المحضة التي تُعدّل في التصنيع الإضافي مقاومة للإشعاع مقارنة بالعدد الإضافي من الفوائد.

الاستخبارات الفنية ومراقبة العمليات

وقد استخدم التعلم من الآلات بصورة متزايدة لتحقيق التكوين المادي ومعايير التصنيع على النحو الأمثل، ومن خلال تحليل قواعد بيانات نتائج اختبارات الإشعاع، يمكن للشبكات العصبية التنبؤ بالتحول في درجة حرارة الانتقال من النواقل إلى الرشوة كوظيفة من وظائف الكيمياء الحرارية، والعلاج الحراري، والتدفق، وتستخدم المصانع هذه النماذج لضبط المواد الواردة قبل الصنع، بما يكفل تحقيق هدف مصنع الرؤى الإشعاعية.

التحديات المستمرة

بالرغم من هذه التطورات، لا تزال هناك عقبات كبيرة، تكلفة الفولاذ فوق البنفسج، اللحوم المتقدمة، و المعاطف السطحية تضيف 15-25% إلى سعر الـ RPV التقليدي الذي يجب تبريره ضد الحياة التشغيلية الممتدة، وربط الفولاذ النيكل العالي في أجزاء كبيرة لا يزال صعباً بسبب الاختراق الساخن، وفحص البقايا الكهربية العالية التناقل تتطلب تطوير تقنيات جديدة

وللاطلاع على موجز أوليات البحوث الحالية، انظر تقرير ] للنينا بشأن المواد الهيكلية للنظم النووية المتقدمة ].

خاتمة

إن التقدم في صناعة مفاعلات PWR أساسي في التشغيل الآمن والاقتصادي والمستدامة لمصانع الطاقة النووية بعد فترة الترخيص التقليدية البالغة ٤٠ سنة، إذ أن هذه الكيمياء الصلبة التي لا تُعد مجهزة بالأشعة، والتي تؤدي أيضا إلى زيادة التجهيز الحراري، وتقنيات الحامض المتقدمة، والغطاءات الواقية، يمكن للمصنعين الآن أن ينتجوا سفنا تقاوم التشهير الإشعاعي وتتضخم بدرجة أكبر بكثير من تلك التي بنيت في السبعينات والثمانينات.