האתגרים של מבצע עתיר רוח מהיר

טמפרטורות גבוהות - חרב כפולה-מזוחת ב- Fast Breeder Reactors

תגובה מהירה של ברדר (FBRs) מייצגת טכנולוגיה אבן הפינה של שלבים ארוכי טווח של קיימות דלק גרעיני.בניגוד לכורים אור קונבנציונליים, FBRs להשתמש בספקטרום נויטרונים מהיר כדי להמיר איזוטופים פוריים - בעיקר אורניום-238 - כדי להצית את יעילותם של דלקים חשמליים בטווח הארוך, ביעילות רבה יותר מאשר הם צורכים.

הערעור והנחישות של הטמפרטורות הגבוהות ב-FBRs

הפעלה בטמפרטורות גבוהות יותר אינה בחירה עיצובית שרירותית.יעילות תרמית של מנוע חום - המוחזקת על ידי מחזור הקרונו - משגשג עם הטמפרטורה השונה בין מקור החום לשקוע. FBRs לנצל את העיקרון הזה, השגת יעילות תרמית מתקרב 40-45% לעומת כ - 33% עבור כור מים מכווני טיפוסי.זה אומר יותר חשמל מכמות חומר פייתול, צמצום עלויות חום ודלק ל-160 שעות.

יתר על כן, תפוקת עתירה גבוהה פותחת את הדלת להתחדשות.החום מ-FBRs יכול להניע תהליכים תרמוכימיים לייצור מימן, דיספלנציה, או אספקת קיטור תעשייתית.עבור מדינות המבקשות לפוצץ הן חשמל והן למגזרים תעשייתיים, הגמישות הזו היא תמריץ רב עוצמה.

עם זאת, השגת וקיום הטמפרטורות הללו דורשות שכל מרכיב – דלק, קלד, קריר, מתפתל, משאבות וכליה – משתפות באופן אמין במשך עשרות שנים תחת ההפצצות של נויטרונים עזים, סביבות קורוזיות, ועומסים תרמיים מחזוריים.החלקים הבאים בודקים את המכשולים הטכניים המרכזיים שעולים.

מדע חומרי ה Hurdles: Creep, Corrosion, ו Swelling

אולי האתגר המרתיע ביותר במבצע FBR בטמפרטורה גבוהה הוא הביצועים של חומרים מבניים.פלדות כור ואחוזה ⁇ סגסוגת zirconium בשימוש בכורים קלים מים אינם מספיקים בטמפרטורות ותנודות נויטרונים שנמצאו ב FBRs.

דלק וקליידינג דהגרד

הדלק עצמו – חד תחמוצת גז מעורבת באופן חד-משמעי (MOX) או ⁇ מתכתית – חייב לעמוד בטמפרטורות גבוהות מבלי לעבור שחרור גז מופרז או פיזור גזי משקל.בטמפרטורות מעל 600 מעלות צלזיוס, דלקים חד-חמצני יכולים להציג חימר עתירי רוח גבוהה וחוסר יציבות בדלקים המיקרו-מתכתיים שלהם, תוך שמירה על התנהגות תרמית טובה יותר, סובלים מנקודות היתוך נמוכות ונפיחות עקב היווצרות של בועות גז.

חומרים קלדינג חייבים לספק מחסום חזק בין הדלק לבין קירור.ב FBRs, cladding פועל בתנאים קיצוניים: טמפרטורות של 550-700 מעלות צלזיוס, שפעת טון מהיר (עד כמה מאות עקירה per atom), ומגע עם פיזורים אגרסיביים כימיים כמו נוזל-דלקתיים מסורתיים, כמו גם נפיחות נפיחות מהירה, גרם לנפיחות מהירה, כמו נפיחות מהירה, גרם).

המונחים: Structural Component Integrity

מעבר ללוחות הדלק, כלי כורים, פיוט, מחליפי חום, ומבנים פנימיים גם עומדים בפני זחילה עתירה גבוהה עייפות.רכיבה תרמית במהלך שינויים בכוח או חסימה יכול לגרום עייפות במחזור נמוך, והשילוב של ⁇ נויטרונים וטמפרטורה גבוהה מאיץ את חלחול (החליפת זיכרון) השפעות אלה יש לחזות מעל חיי העיצוב של הכור - באופן אטימי במשך 60 שנים - כמו מודלים גרעיניים 3MR לעתים קרובות יש צורך בדיקות זיכרון ארוך על פני השטח של פחמן CAT.

כימיה מגניבה: בחירת וניהול של פלואידים להעברת טמפרהל

הקרר ב-FBR לא רק מעביר חום אלא גם מתון נויטרונים כמה שיותר, שכן הרבייה דורשת קשת נויטרונים קשיחה. דרישה זו קובעת מים ומובילה לשימוש של מתכות נוזליות.כל מועמד מגניב מביא אתגרי הכימיה הארוכים שלו.

שם מקור: The Proman but Reactive Choice

נתרן נוזלי הוא המגניב ביותר FBR, המשמש כורים כמו Phénix הצרפתי Superphénix ו Superphénix, ו- Monju. Sodium יש תכונות תרמיות מצוינות: מוליכות תרמית גבוהה, לחץ נמוך על טמפרטורה הפעלה, וחלון טמפרטורה גדול (מבטיח 98 מעלות צלזיוס, נקודה 88 מעלות צלזיוס), עם זאת, הוא עמידת כימית עם אוויר ומים, מוביל כדי למנוע טמפרטורות גבוהות יותר קרות כגון לחץ דם.

מוביל ועופרת-Bismuth Eutectic: Emerging Alternatives

מובילים של כורים מהירים (LFRs) ו- מוביל-bismuth eutectic (LBE) עיצובים מתקדמים צוברים תשומת לב ליתרונות הבטיחות שלהם - הם לא בטוחים עם אוויר ומים, ויש להם נקודות ממושכות מאוד לטמפרטורות הפעלה דומות לכורים של נתרן זמן הם achievable.אבל קירור מבוסס מוביל בעיות עתירי גבוה: הם מאוד קורוזיאומטיים במהירות כדי לפירוק של פלדה מהירה.

התרחבות תרמית וניהול מתח מכני

⁇ טמפרטורה גדולה בתוך הליבה הכור, בין הליבה ומגניב גורם הרחבה תרמית שונה.ב טיפוסי FBR, סיכות דלק, רשתות חלל, וחביות הליבה עשויים חומרים עם אפקטיביות שונה של התרחבות תרמית. במהלך ההפעלה, הסגורה, או מעקב אחר תמרונים, רכיבים אלה מתרחבים בקצב שונה, גרימת מתחים מכניים, פערים, ופוטנציאליים.

אם התרחבות אינה תואמת, buckling של pins דלק, עיוות של עטיפה subassembly, או אפילו התקפים של מנגנוני כונן מוט שליטה יכול להתרחש. Reactor מעסיקים כמה אסטרטגיות: בחירת חומרים עם אפקטיביות הרחבה תואמים, עיצוב תומך גמיש (למשל, גידול אינטנסיבי) אשר מופעל על ידי מערכת רדיו-מחדש מתקדמת (Ricreative-Fiteed) אבל שינויים דרמטיים של רדיו-Ricial מופעל על ידי קרינה מודרנית מופעלת).

נזקי קרינה תחת טמפרטורה

ניתוח עתיר גבוה מגביר את הנזק הקרינה במספר דרכים.השפעת הניטריון המהיר ב FBRs גורמת לקערות עקירה, יצירת vacancies, interstitials, ו-פגמים פגומים. בטמפרטורות גבוהות, פגמים אלה הופכים ניידים יותר, המוביל לדיפוזיה מוגברת.זה יכול להאיץ את חוסר יציבות בשלב, הפרדה של אלמנטים סגסוגת, ואת היווצרות של precipitate בלתי רצוי, לדוגמה, קריסת של סיליקון גבוה, קריפטומטית, מניעת קרינה מתקדמת.

בנוסף, ההשפעה הסינרגיסטית של קרינה וטמפרטורה גבוהה יכולה לגרום להתגלמות הליום.הייליום המיוצרת מ (n,α) תגובות בחומרים מבניים נודדים לגבולות דגנים, שבו היא יוצרת בועות שמשחלות את החומר, במיוחד תחת לחץ.תופעה זו בעייתית במיוחד ב- FBR ליבות ניסיון גבוה ייצור helium.

השלכות בטיחותיות של מבצע טמפרטורי גבוה

בטיחות היא מרכזית בכל כור גרעיני, והטמפרטורות הגבוהות ב-FBRs מציגות תרחישים ייחודיים של תאונות ודורשות מערכות בטיחות חזקות.

תאונות Scenarios ו- Mitigation

הדאגה לבטיחות החמורה ביותר ב-Sodium-cooled FBRs היא התגובה נתרן-מים.אם צינור קיטור דליפות, מים בלחץ גבוה מגיבים באלימות עם נתרן נוזלי, ייצור מימן וחום.עיצובים מודרניים משלבים מספר מערכות זיהוי דליפות, צינורות כפולים מאופקים, ומערכות הקלה בלחץ.

דאגה נוספת היא אובדן של זרימה קרירה (LOF) תאונות: כי הקריר הוא בטמפרטורה גבוהה ולעתים קרובות בלחץ נמוך (מתכות נוזליות לפעול ליד לחץ אטמוספירי), נסיעה של משאבה או חסימת יכול להוביל חימום מהיר ודלקת פוטנציאלי התכה. FBRs ליהנות מאפקטים תרמי גדול ויכולת מחזור טבעי, אבל צפיפות כוח גבוהה (בדרך כלל עד שלוש פעמים של אור של מים) כלומר, כמו ניקוי אווירי, מערכת בטיחות מהירה, היא יעילה).

לבסוף, תגובת רִיק חיובי ב נתרן יכולה להיות בעיה: אם נתרן מבושל בשל חימום יתר, אובדן ספיגת נויטרונים יכול להגביר את הפעילות מחדש. FBR מעצבים להפחית את זה עם עיצובים ליבה heterogeneous, סופג חומרים, משוב דופלר שלילי. עם זאת, בטמפרטורות גבוהות מאוד, דופלר coefficient הופך פחות שלילי, הדורש יציבות זהירה כדי לשמור.

Path Forward: חומרים מתקדמים וחדשנות עיצוב

כדי להתמודד עם האתגרים של פעילות עתירה גבוהה, קהילת פיתוח FBR העולמית רודף מספר דרכים מבטיחות.

Oxide Dispersion מחזק את הפלדה

פלדות ODS הן בין המועמדים האטרקטיביים ביותר עבור מבני cladding ו-Le הליבה.הפיזור של חלקיקים בגודל NV בגודל בינוני yttria מספק כוח עתיר מעולה והתנגדות רפיח, והם מציגים סובלנות קרינה מעולה. Producing ODS פלדה בקנה מידה עם תכונות עקביות הוא קשה ויקר, אבל ההתקדמות בטכניקה מכנית ומיזוג הם התקדמות.

Ceramic Matrix Composites

סיליקון carbide (SiC) מבוסס מורכב נחקר עבור ציפוי דלק ורכיבי ליבה. SiC יש נקודת התכה גבוהה, ספיגת נויטרונים נמוכה, ו מוליכות תרמית טובה. עם זאת, את הגמישות שלה ואת הקושי להצטרף להישאר מכשולים. סיבי רציף מופעל SiC מסובבים מציעים קשיחות משופרת אבל הם כפופים לcorrosion in Sodium או L בטמפרטורות גבוהות.

מודלים ובדיקה

כלי סימולציה מודרניים (multi-physics קודים כי זוג נויטרוניקה, תרמי-hydraulics, מכניקה מבנית) מאפשרים למעצבים לחזות התנהגות חומרית תחת פיגור עתירי טמפרטורה גבוהה עם נאמנות חסרת תקדים. למידת מכונה מוחלת על מנת להאיץ את עיצוב ⁇ ולנבא שיעורי קורוזיה ב LBE בצד ניטור, חיישנים מתקדמים לטמפרטורה, זנים, וכימיה מגניבה (למשל, חיישנים) כגון אינטגרציה פיזית של אבטחה מוקדמת של אבטחה.

מסקנה

פעולה עתירה גבוהה בכורים מהירים היא גם ברכה וגם גבול טכני עצום.זה פותח יעילות גבוהה יותר, גידול דלק, ומעבד יישומים חום כי הם חיוניים לעתיד אנרגיה גרעינית בר קיימא.אבל הדרישות שהוא מציב על חומרים, קירור ומערכות בטיחות הם בין האתגרים ביותר בכל המהנדסים, אך ורק עשרות שנים של אנרגיה גרעינית, אך לא מפותחים, כמו כורים גרעיניים מתקדמים, אלא גם בעלי כוח גרעיני גבוה, אך אינם חיים מתקדמים, אלא גם כן, אלא גם על ידי ייצור מהיר של אנרגיה, של אנרגיה, אך ורק בעשורים מתקדמים, אך ורק של אנרגיה מתקדמת, של אנרגיה מתקדמת, אך ורק בעשורים מתקדמים, אך ורק של אנרגיה, אך ורק של אנרגיה, ה-עשרים מתקדמים, אך ורק בעשורים מתקדמים, אך ורק של אנרגיה, של אנרגיה, של אנרגיה, אך ורק של אנרגיה, של עשרות שנים של אנרגיה, של אנרגיה, של אנרגיה, של אנרגיה, ו-עשר שנים של אנרגיה, של אנרגיה גרעינית, יש צורך, אך ורק של אנרגיה מתקדמת, אך ורק בעשורים מתקדמים, אך ורק על ידי ייצור גרעיניים מתקדמים, עד כה, אך ורק עשורים קשים, אך ורק של אנרגיה, משגשגה, אך ורק של אנרגיה, הם, הם, כמו גם כן, ישארוכים מתקדמים, אך ורק עשורים מתקדמים, אך ורק

(ב) לקריאה נוספת, עיין ב-FLT:0) ב-Comactors Information SystemFLT של הסוכנות ל-FBR:0.comenEA Advanced Reactors Information System of FLT:1, and recent Studies on ODS Steels from the FLT:4 Japan Atomic Energy Agency:2NEA's Work on high-tempturetureFLT 3FLT 3, and recent Studies on ODS Steels from the ODS Steels from the ODS Steels from the FLT:4 Japan Atomic Energy Agency.