המונחים: Sodium-Cooled Fast Breeder Reactors

כורה מהיר של סויום-קול (FBRs) מייצג מעמד של מערכות גרעין מתקדמות שנועדו לייצר יותר חומר פישל מאשר הם צורכים, ביעילות מרחיבים משאבי דלק וצמצום הפסולת הגרעינית ארוכת ימים.כורים אלה פועלים עם ספקטרום נויטרונים מהיר, חיסול הצורך של מתווך כלכלי יעיל, ולהשתמש בסוליום כהתנהגות תרמית יוצאת דופן של סונומטרה, נמוך, עם קליטה מהירה של חומר ניקוי גבוה (Fairant) עם זאת, עם זאת, עם זאת, יעיל של חומר ניקוי חום יעיל מאוד יעיל יותר (Faircreicreicreicial).

בכור גזע מהיר טיפוסי, טמפרטורת הליבה יכולה להגיע 550 מעלות צלזיוס או גבוה יותר, בעוד רכיבים מבניים כגון piping, משאבות, חילופי חום, וחיפויי דלק נחשפים כל הזמן ל נתרן זורם.מעל עשרות שנים של פעולה, אפילו שערי קורוזיה קטנים יכולים לצבור לחות משמעותית קיר, אובדן של יושרה מכנית, ופרסום רדיואקטיבי פוטנציאלי.

קורוזיה מכניזם בסביבה נוזלית של סויום

קורוזיה בסוליום נוזלי שונה באופן יסודי מקורוזיון במערכות מוזרות.זה לא אלקטרוכימי בטבע, אלא כרוך בפירוק פיזי, תגובות כימיות, והעברה המונית.הטמפרטורות התפעוליות הגבוהות מאיצות עוד את התהליכים האלה.מצבי הקירור העיקריים שנצפו ברכיבי FBR כוללים פירוק אחיד, פיזור, התמוטטות, התמוטטות, התמוטטות בין-גרפית, והתקפות המוניות כגון תופעות כמו פירוק רכב.

רזולוציה אחידה

פירוק אחיד מתרחש כאשר פני השטח של חומר מבני מתפוגג לאט לתוך נתרן נוזלי.זה מונע על ידי solubility של אלמנטים סגסוגת (במיוחד ניקל, כרום, ברזל) נתרן ועל ידי פעילות תרמודינמית ⁇ בין משטח המתכת לבין נתרן הרובה של טמפרטורה קבועה וטוהר נתרן, שיעור הפירוק הוא בדרך כלל משפט ליניארי או parabolic.

פירוק אחיד הוא דאגה מסוימת לרכיבים מעוקלים כגון דליפת דלק צינורות החלפת חום. מעל חיי עיצוב של 30-40 שנה, אפילו כמה מיקרונים בשנה יכולים להוביל לאובדן מתכת משמעותי, תוך שילוב גבולות לחץ וכוח מבני.

פיטינג קורוזיון

פיטינג קורוזיה בסוליום נוזלי קשורה לעתים קרובות לנוכחות של חמצן או לחות זיהומים.סויום oxide (Na2O) ו sodium hydroxide (NaOH) יכול להיווצר ושכבות תחמוצות פסיביות מקומית על פלדות אל-חלד. לאחר שיזם, בורות לגדול באופן אוטומטי, ויצרו עמוק, צריחים.פיטינג הוא מסוכן במיוחד כי זה יכול להוביל לחדירה פתאומית של ניסויים של ירידה משמעותית של ירידה במשקל, ללא רכיבים קלים.

מתח קורוזיה (SCC)

SCC במערכות נתרן נדיר בהשוואה לסביבות מוזרות, אבל זה יכול להתרחש בתנאים ספציפיים: נוכחות של זיהומים סיבתיים (למשל, NaOH), מתחים גבוהים, ומיקרו-מבנה רגישים.מנגנון הפצח כרוך היווצרות של נתיב annodic מקומי לאורך גבולות דגנים או מטוסים חלקלקים.

התקפה אינטרגרנרית

התקפה בין-גרנרית (IGA) היא מצב קורוזיה המעדיפים באופן זמני לחדור לאורך גבולות דגנים, לעתים קרובות תוצאה של פענוח של כרום ליד גבולות דגנים בשל רגישות (המוגדר בפלדה 304 נירוסטה) או מפירוק סלקטיבית של כרום carbides in sodium.IGA יכול להחליש את החומר ולפעול כמבשר לפצחיקבת סגסוגת פחמן גבוהה כל כך, אך אם הוא מכיל חום משמעותי כל כך גבוה.

Mass Transfer Phenomena: Carburization and Decarburization

אחד הנושאים המורכבים ביותר של קורוזיה ב-Sodium-cooled FBRs הוא העברת פחמן בין פלדה מבנית ו נתרן. בטמפרטורות גבוהות, פחמן ניתן נספג מ נתרן לתוך הפלדה (carburburization) או מחוץ פלדה לתוך נתרן (decarburization) או הקלה על פני השטח של חומר נפץ, אשר תלוי את הלחץ של פחמן או לחץ הדם, ובכך להפחית את הלחץ של חומר רפלקציה, כגון לחץ דם, לחץ דם, לחץ דם, ובכך להפחית את הלחץ.

לדוגמה, ברגל החמה של כור (550-600 מעלות צלזיוס), פלדות ferritic עלולות להתנער בעוד פלדות אוסטליטיות עלולות להשתכר.העברת פחמן שונה זו גרמה להתגלמות חמורה בחלק מהאסטמברי דלק ניסיוניים.שליטה בפעילות פחמן באמצעות ניהול טוהר נתרן והשימוש באלמנטים מייצבים (למשל, niobium, טיטניום) היא חומר חיוני בפלדה.

מפתחי המשפיעים על שערי קורוזיה

גורמים הקשורים בין מספר לקבוע את חומרת קורוזיה בסביבה נוזלית-סוליום.הבנת הגורמים הללו חיונית לתכנון כורים עם שולי קורוזיה מקובלים.

טמפרטורה

שיעורי קורוזיה ב נתרן להגדיל באופן אקספוננציאלי עם טמפרטורה, לאחר יחסי Arrhenius-type. A 50 מעלות צלזיוס עלייה יכול להכפיל או משולש את קצב הפירוק.מכיוון ש- FBR פועלים בטמפרטורות גבוהות (לעתים קרובות 500-650 מעלות צלזיוס), צמצום נקודות חמות ולהימנע מעודף משקל מקומי הם קריטי.הרכיבי אופניים וטמפרטורות ⁇ s מקדם גם העברה המונית על ידי נהיגה של הבדלים כהולים על פני המערכת.

המונחים: pdium Purity

ריכוז של אי-מתכתיות - במיוחד חמצן, מימן, פחמן וחנקן - יש השפעה עמוקה על קורוזיה. חמצן, אפילו ברמות נמוכות כמו כמה חלקים למיליון, מאיץ פירוק אחיד ומקדם פיזור חמצן.צורות חמצן חנקן חנקן, אשר יכול לחמצן את פני השטח פלדה ולאחר מכן להיות מופחת, ביעילות להעביר חמצן לממשק המתכת.

זרימה ורוטבנס

עלייה של זרימת נתרן גבוהה יותר להגדיל את העברת המסה של מינים מתמוססים מן פני השטח המתכת, שמירה על ריכוז גדול יותר ⁇ ובכך מאיץ פירוק. Turbulence יכול גם erode מגנזות או שכבות מוצר קורוזיה.באזורים של מהירות גבוהה, כגון משאבה מעצורים ודבורים חדות, קורוזיציה חיקה יכול להיות קשה.

מבנה חומרי ומיקרו-מבנה

⁇ שונים להפגין התנגדות קורוזיה שונה מאוד נתרן.ניקל יש יותר מדי רב עוצמה ב נתרן, כך ⁇ עם תוכן ניקל גבוה (למשל, Inconel 718) נוטה להראות אובדן המוני גדול יותר מאשר בשלב נמוך ניקל פלדה. Chromium משפר התנגדות על ידי יצירת שכבות תחמוצת יציבה, במיוחד כאשר זיהומים חמצן הם נוכחים.

אסטרטגיות ל-Corrosion Mitigation

גישות הנדסיות מרובות פותחו כדי להילחם קורוזיה ב-Sodium-cooled FBRs, המשתרע על ידי בחירה חומרית, בקרה סביבתית ואופטימיזציה עיצובית.

בחירה חומרית

הבחירה של חומרים מבניים היא קו ההגנה הראשון של כלי כורים, פישוט, וחילופי חום ביניים, פלדה אל-חלד אסטונית כגון סוג 316L (N) וטיפוס 304L משמשים נרחב בשל ההתנגדות הטובה שלהם קורוזיה טובה, ייצור, כוח ייצור משופר גבוהה של פלדה, עם זאת, עבור יישומים תובעניים יותר - כגון דלק claddinging ו-L הליבה הפנימי -91 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000

קידודים מוגנים

ציפויי פני השטח מספקים מחסום נוסף. Aluminide ציפוי, שנוצר על ידי ערכת מלט או פוזיציה כימיקלית, ליצור שכבת אל2O3 יציבה אשר מאוד להפחית קורוזיה ב נתרן. פלטסמה-sprayed ציפויים של אלומיניום או yttria נבדק גם.ה החיסרון העיקרי של ציפויים הוא הסיכון של ספיגה או סדק תחת רכיבה תרמית וקשה של שטח מצופים פעיל.

בקרת הסביבה

שמירה על נתרן אולטרה גבוה היא אולי המדד היעיל ביותר להפחתה בודדת. מלכודות קרות הן סטנדרטיות בכל FBRs, הפעלה ב 100-120 מעלות צלזיוס כדי להצית Na2O, NaH, וזיהומים אחרים. מלכודות חמות (למשל, zirconium-getter מיטות) משמשים לעתים כדי להפחית עוד חמצן ופחמי פחמן.

בנוסף, פעילות כימית של חמצן ופחמן נתרן יכולה להיות במעקב באמצעות חיישנים אלקטרו-כימיים (למשל, מונים חמצן המבוססים על zirconia עמידת על ידי ytria-stabilized zirconia) ניטור רציף מאפשר זיהוי מוקדם של אי-אלימות בתוקפנות ומאפשר התאמה בזמן של מערכת טיהור.זה חשוב במיוחד במהלך התחלה וסגורה, כאשר טראנסנטים יכולים לשחרר זיהומים לכודים.

שיקולים

מעצבים מגיבים יכולים להפחית את קורוזיה על ידי הורדת טמפרטורת המערכת במידת האפשר - לדוגמה, על ידי שימוש באזור משטח גבוה יותר בחילופי חום כדי להפחית את הבדלי הטמפרטורה.מהירויות זרימה נשמרות בדרך כלל מתחת 10 מ"מ /s כדי להגביל את השחיקה קורוזיה. השימוש בשרוולים תרמיים, זרמי זרימה, ושינויים מתואמים חלקית מצמצם את ההפרעות.

אסטרטגיה עיצובית נוספת היא השימוש בלולאה נתרן משנית המבודדת את נתרן הראשי (רדיואקטיבי) מגנרטורים קיטור.זה לא רק מונע תגובה של מים נתרן, אלא גם מאפשר לולאה משנית להכיל כימיה נתרן שונה (למשל, תוכן חמצן נמוך) מותאם לשליטה קורוזיה.

מחקר וכיוונים עתידיים

למרות עשרות שנים של פעילות מוצלחת (ראה:0) ,EA מהר מסד נתונים כורה כורים FLT ; 1 רשימות מעל 20 ניסויים אבטיפוס FBRs), קורוזיה נותרה גורם מגביל לטמפרטורות הפעלה גבוהות יותר מחזורי דלק ארוכים יותר.

הבאGeneration Alloys

(הדברים מתמקדים בפיתוח ⁇ s שיכולים לעמוד בטמפרטורות עד 700 מעלות צלזיוס תוך התנגדות קורוזיה, נזקי הקרנה, ומצמר.בין המבטיחים ביותר הם alumina-forming austenitic (AFA), פלדה גבוהה-טרופיה ⁇ s, ו- nanostructured אנרגיה ⁇ s.

מודלים

מודלים מתקדמים - שילוב דינמיקות נוזלי חישוביות (CFD) עם thermodynamics ו קיננטיקה קורוזיה קורוזיה - מפותחים לחזות קורוזיה לטווח ארוך בתנאים מציאותיים וטמפרטורה.מודלים אלה יכולים לעזור לייעל את המיקום של מלכודות קרות, להעריך את תקופות החיים של רכיב, ולהדריך במרווחי בדיקה בשירות.טכניקות למידת מכונה גם מוחלות לנתח נתונים גדולים מבדיקות נתרן וזיהוי של רובן כדי לזהות את הפרמטרים הקריטיים עבור לולאות קריטיים עבור קורוזיאוקריפטים.

In-Service Inspection and Monitoring

מכיוון שסויום הוא ⁇ ותגובה מאוד, בדיקה חזותית קונבנציונלית היא בלתי אפשרית.מערכות בקרה רובוטיות ומערכת בדיקה עדכנית שפועלת בסוליום תת-מעורר הן מעודנות.טכניקות כגון דפדודי נוכחי ו- Shear-wave סאונד waveing וקיר דקינג ללא צורך בהסרה של רכיב.

טכניקות מתקדמות לטיהור

שיטות טיהור חדשות, כולל מטבוליזם אלקטרוכימי, מלכודות קרות עם עיצובים משופרים של החלפת חום, והפרדה מבוססת קרום של תרכובות פחמן, נמצאים תחת חקירה.המטרה היא להפחית את המכשולים לרמה הנמוכה של פחות מ טריליון דולר, אשר צפוי כמעט לחסל את הורות ולהפחית את הפירוק אחיד לרמות רשלנות.

מסקנה

corrosion חומרי בכורים מהירים נתרן הוא אתגר רב פנים המשפיע ישירות על בטיחות הכור, כלכלה, ומחזור חיים תפעולי. באמצעות שילוב של פיתוח ⁇ , בקרת טוהר נתרן נוקשה, ועיצוב אינטליגנטי, תעשיית הגרעין הצליחה בהצלחה קורוזיה ב- FBRs קיים, עם זאת, כמו שאיפות לגדול לטמפרטורות גבוהות יותר, מחזורי דלק ארוכים יותר, ולהגדיל את התחרותיות הכלכלית, המשך חומרים ניטור חיוני כל כך לא ניתן גם כן.