הבנה של Neutron Moderation

מורשת ניוטרון היא תהליך בסיסי בהנדסה גרעינית ופיסיקה.לנוטרונים מהירים, בדרך כלל עם אנרגיות מעל 1 מ"ר, מיוצרים בתגובות סדקים או ממקורות אחרים.כדי לקיים תגובת שרשרת או כדי לאפשר תגובות גרעיניות מסוימות, הניטריונים האלה חייבים להאט במהירות ללכידת חומרים קומפקטיים (סביב 0.025 elight), שבו חתך-האינטראקציה שלהם עם nuclei המסורתית הופך הרבה יותר גדול.

קריטריונים מרכזיים של חומרים ממריצים

בחירת או תכנון של מתווך דורש איזון בין תכונות פיזיות והנדסה רבות.הביקורתיות הקריטיות ביותר הן:

  • (FLT:0) פיזור גבוה של שטח צלב ( ⁇ ssigd): 1 החומר חייב להיות הסתברות גדולה עבור פיזור אלסטי עם נויטרונים. חומרי גלםgen עשיר מצטיינים כאן כי מימן יש פיזור גדול חצוי ומסה דומה ל נייטרון, המאפשר העברת אנרגיה מקסימלית להתנגשות.
  • (FLT:0)Lowקליטת צולב ( ⁇ acio): 1:1 המכשול לא צריך ללכוד נויטרונים, שכן זה מפחית את נוזל נויטרונים זמין עבור סדקים או ניסויים. חומרים עם ספיגה גבוהה, כמו בורון או קדמיום, בדרך כלל נמנעים אם משתמשים בהם בכוונה לשליטה.
  • יחס מודראטיזציה ( ⁇ s/ ⁇ a): 1FreaLT: 1 זה של ערך משלב פיזור וקליטה.יחס ממתינות גבוה מצביע על להאטה יעילה עם אובדן מינימלי של נויטרונים.
  • (FLT:0) יציבות ו מוליכות תרמית: חליל 1 (מחליף 1) ממריצים או מקורות סלולאריים גבוהים יכולים להתחמם מקרינה. Decomposition, התכה או אובדן של יושרה מכנית בטמפרטורות הפעלה (לעתים קרובות 200-1000 מעלות צלזיוס) הוא בלתי מתקבל על הדעת.
  • (FLT:0) התנגדות לדיכוי: FLT:1 חשיפה ממושכת ל נייטוונים וקרני גמא גורמת לעקירה אטומית, ייצור גז (למשל מימן מרדיויזזה), ושינויים בתכונות מכניות ורמיות. A Sustainable Complex חייב לשמור על מאפייני המתינות שלו לאורך כל חייו של הכור.
  • (FLT:0) כוח מכני וכוח האדם: אנדרט (איור: 1) החומר חייב לתמוך במשקל שלו, להתנגד לטטוט, ולהיות בעל צורה לבלוקים, מכרסמים או גיאוגרפיות מורכבות.
  • (ב) [15] חומרים שהפכו לרדיואקטיביים ביותר לאחר שאסון מסבך את ניהול הפסולת והפסולה.

משתנים מסורתיים ומגבלותיהם

מים קלים (H2O) הוא המתווך הנפוץ ביותר, המציע כוח ניטרון מעולה להאטה עלות נמוכה. עם זאת, יש לו פיסת צלב גבוהה יחסית בשל מימן, הדורשת דלק אורניום מועשר מים כבדים (D2O) יש הרבה יותר ספיגה נמוכה, המאפשרת שימוש אורניום טבעי, אבל זה יקר ומציג חששות ייצור טריטיום יש תכונות נמוכות מאוד וספיגה תרמית, אבל יש כמה נזקי חום גבוה, אבל חומרים רעילים.

המונחים: material innovation

מחקרים אחרונים יצרו מספר כיתות של משגיחים מורכבים שמטרתם להתגבר על המגבלות של חומרים טהורים.התתת הבאה מתארת כמה מהגישות המבטיחות ביותר.

Boron-Loaded Polymers

[ Boron-10] יש לכידת נויטרונים תרמיים גבוהה מאוד (~3835 נביחות מימן), מה שהופך אותו קולטן נויטרונים מעולה לשליטה מוטות, אבל עבור מתינות ההפך הוא הרצוי.עם זאת, מרוכבים מוצצים מוצצים מימן 3DPate לוכדים את עצמם, אבל חומרים המשלבים את הפחתת הפחתת הפחתת השימוש בספקטרום הניטריטוריון (Fride) או ריכוזי) ל-bide (R) גבוה יותר).

גריידיים גריידיים -Polymer Hybrids

(ג'ופיל מציע ספיגת נויטרונים נמוכה, התנגדות הלם תרמי טוב ויציבות של שלב בטמפרטורה גבוהה.על ידי שילוב גרפן עם פולימרים עשירים מימן, החוקרים יוצרים תרכובת המנצלת את הטוב ביותר של שניהם: פולימרים מאטים ניטרון בשלב יעיל, וגרף התנהגות חום ומספק כוח מבני.

Metal Hydride Composites

(מסוגים של מחקר מתכתי, כגון Zirconium hydride (ZrH2), ytrium hydride (YH2), ו- titanium hydride (TiH2), מכילים משקעים גבוהים של מימן - לעתים קרובות גבוה יותר מאשר מים על בסיס נפח, הם נחשבים עבור כור גרעיני קומפקטי ומערכות כוח כי הם יכולים לשמור מימן בטמפרטורות גבוהות (עד -800 עבור חלקיקים ריקים).

Ceramic-Reinforced Composites

סראמיקים כמו סיליקון קרביד (SiC), אלומיניום (Al2O3), ומדיום oxide (MgO) מציעים עמידות קרינה מעולה, נקודות התכה גבוהות, והפעלה נמוכה.כאשר בשילוב עם שלב מימן מבוזר (למשל, הידרוג'יריד או פולימר), חיזוק הקרמיקה מוסיף יושרה מבנית ויציבות תרמית.

שיטות ייצור

הפריסה המעשית של מכשפים מורכבים תלויה בתהליכי ייצור חזקים ומשתנים. שתי שיטות בולטות.

אבקת Metallurgy

אבקת מתכתי משמש עבור מרוקד מטבוליים ומדורגים קרמיקה (cermet) מודולרים. אבקת יפה של השלב המימן ואת הממטריקס הם תערובת, לחץ לתוך צורה, וחטא תחת אווירה מבוקרת כדי למנוע חמצון.התהליך מאפשר שליטה מדויקת של הרכב ו porosity. עבור hydrogenic, טמפרטורות חטא חייב להישאר מתחת לטמפרטורה decomposition של תכונות מכניות יותר (Hide) הוא שיפור נוסף לחץ דם מכני.

ייצור תוספת

(ד) ייצור אדקטיבית (3D הדפסה) מציע חופש חסר תקדים בעיצוב של מארגן גיאוגרפיה עם יצירות ממומן או ערוצי קירור פנימיים.טכניקות כגון FLT:0 מבוללות filament fabrication (FFF) אובדן מימן 1:1 עם שאריות פולימרן מטבוליות, צפיפות FLT:2binderFLT 3 של תערובות קרמיקה, ו-FLT:4 , 000 , 000 יכול לשפר את ההשפעות של חומר למניעת הריון ולהפחית את יעילות הדפסה גבוהה של חומרים למניעת הריון.

בדיקות ואפיון

הערכת ביצועי הניטרינרון של מסובייק דורש גם מודלים חישוביים ומדידה ניסיונית. Neutronפיזור מתקנים, כגון אלה בFLT:0Argonne National Laboratoryal LaboratoryFLT:1 או את ה-FLT:2Institut-Lange-LangevinFLT 3: משתמשים כדי למדוד את סך כל הסעיף והאנרגיה התלויה בניתוח מימן (Ricerds) ו-Lange-Lange-Lange-Lange-Lange-Lange-Lange-Langevine-Langevenation Defreliation Defi-Lange) קובע את תנאי בדיקה מכנית בתנאי .

מודלים ועיצוב

עיצוב מודרני מודולר מסתמכ רבות על סימולציה.מונט קרלו קודים כמו MCNP ו OpenMC מודל ננוטרון תחבורה באמצעות מסובכים מועמדים, תוך התחשבות במבנה הטרוגני.דמיות אלה יכולות לחזות את היחס המסובב, ספקטרום של פלוקס ספקטרום, ואת שיעורי חימום.הם גם להנחות את הבחירה של גודל חלקיקים, חלקיק, וסידור מרחבי. לדוגמה, סימולציה עשויה להראות כי מסוימת בודה- preron- pregon-a-a-a-a-a-retra-a-a-a-i-i-i-a-apertexreperaperapertexitaterbide עם לחץ דם-upic עם לחץ דם מורכב יותר מ- 30% עם לחץ דם מורכב יותר מ-apernbite מורכב יותר מ-upiltomcretrarolremeremeremetexolx (מחדש) עם לחץ דם מורכב יותר מ-upatertox (מחדשניטרינרטורף) עם לחץ דם מורכב יותר מ-upiltraicolx בלחץ סגסוגת נוזל איטי יותר מ-uptraicolx בלחץ ספקטרום (מסוגלעת) עם לחץ דם מורכב יותר

מקרה מחקרים

תוצאות מחקר

המכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס (MIT) Reactor ו- Flux Isotope Reactor at Oak Ridge חקרו גם מדגמים מתקדמים עבור מקורות נויטרונים קרים.ביישומים אלה, מדגמים מורכבים של מתאן קפוא או mesitylene מעורבב עם משקף beryllium כבר בשימוש, אבל מורכב מצב מוצק נחקר כעת כחלופות של תולעים afite, אשר פותחו עם גרף יעיל של גרף 1Fite, כאשר הוא מורכב מ-iFitemite.

ביקורת: Fusion Reactor Shielding

כור היתוך ידרוש ממריצים חזקים להאט 14 מ"ו נויטרונים ולהגן על מגנטים מוליכים-על.סיליקון carbide מורכב טעון עם ליתיום hydride נבדקים לתפקיד זה כי הם מציעים הפעלה נמוכה ויכולים לגדל טריטיום תוך מתינות.הפרויקט ITER העריך כמה מושגים קרמיקה-hydride, ואת ה-DeMO הקרובה יהיה צורך בייצור בקנה מידה.

אתגרים ומייגציה

(למרות התקדמות, יש לפתור כמה אתגרים לפני המנטרים המורכבים לראות אימוץ נרחב:0:8 אובדן מימן המושרה של אטומית FLT:1 הוא דאגה עיקרית, כמו מימן משוחרר יכול להגיב עם חומרים ממטריקס או לגרום נפיחות.

תחזית עתיד

(במבט קדימה, העשור הבא צפוי לראות מנטרטורים מורכבים של אבטיפוס מותקנים בכורות מבחן ואולי בכורים מודולריים קטנים (SMRs) הדורשים טמפרטורות גבוהות, ליבות קומפקטיות.ייצור אדרטיבי יאפשרו השקיה מהירה ואופטימיזציה.השימוש במכונה גם לחיזוי אינטראקציות ניטרון-חומריות מורכבות יכול להאיץ עוד יותר את הגילוי.

מסקנה

חומרים מורכבים חדשים מייצגים צעד טרנספורמטיבי בטכנולוגיית ההנעה של נייטרון.על ידי שילוב של שלבים מינואידים עם מזחלות יציבה תרמיות - פובלימרים, קרמיקה או מתכות - הם מתגברים על מגבלות רבות של מנטרטורים קונבנציונליים תוך מתן תכונות מותאמות לסביבות מסוימות.הדרך לפרוסציה מעשית כרוכה בהתקדמות בייצור, בדיקות מזעזעות, ומודלים.