Table of Contents
ממריצים נויטרון הם מרכיב קריטי בעיצובים רבים של כור גרעיני, האחראי על צמצום האנרגיה הקינטית של נויטרונים מהירים המיוצרים במהלך סדקים אנרגיות תרמיות שבו הם הרבה יותר צפויים לקיים תגובת שרשרת.יעילות, בטיחות וכלכלה של כור גרעיני מושפעים מאוד על ידי בחירת חומר הנדסי ואפקטים חשובים ביותר מבחינה טכנית הם גרפיטי, גבישי של צורה פחמן, ואווירה כימית, גם כן, להיות בעל השפעה עלות חומר כימית, עם השפעה.
המונחים: Neutron Moderation
(המתינות של ניוטרון מסתמכת על פיזור התנגשויות בין נויטרונים מהירים לבין גרעין החומרי המנטרן (התקפן) ופגיעה במזג האוויר המפואר (Norron) ו-Neucleis) של כל התנגשות היא הגדולה ביותר כאשר שיעור ה- Autompercating של גרעיני-Ficlimate) קרוב לזה של ה-Nutron; לכן, אלמנטים קלים כגון מימן, deuterium, פחמן, פחמן, פחמן, פחמן, ו-Freliphreliphicemerrection הם מגדירים את אמצעי מניעה (החומרים) באופן יעיל: 2.
גרפיט כמארגן נויטרון
נכסים פיזיים ואטומיים
Graphite הוא צורה פוליקלית של פחמן עם מבנה hexagonal lattice. צפיפותו בדרך כלל נע בין 1.6 ו -2.2 גרם / CM3 בהתאם לתהליכי הייצור.ה-FLT:0 פיזור מוחלט של חומר חצוי חשוב שיש לו חמצן גבוה (גם 1 של פחמן טבעי מגיב הוא בערך 4.8 קנביחות עבור ננומטרים מהירים, ואווירה רגילה של אנרגיה מתחדשת עבור אסטרוגן גבוה למדי, כאשר הוא בערך 0.
היתרונות של Graphite
- (FLT:0) Cost וזמינות.FLT:1 Graphite הוא זול יחסית המיוצר ברחבי העולם בכמויות גדולות עבור יישומים תעשייתיים כגון אלקטרודות, ריבאונדים, ו Metallurgy. גרף ברמה גרעינית דורש טוהר גבוה כדי למזער ספיגת נויטרונים על ידי זיהומים (למשל, בורון, קדמיום), אבל החומר הגולמי נשאר נמוך בהשוואה לדבוריום.
- (FLT:0) יציבות עתירה גבוהה.FLT:1 כי גרניט אינו נמס אלא נשגב, זה יכול לפעול בטמפרטורות מעל 1000 מעלות צלזיוס ללא כשל מבני.זה הופך אותו מתאים לכורים בעלי טמפרטורה גבוהה (HTGR), אשר להשיג יעילות תרמית גבוהה לייצר חום עבור יישומים תעשייתיים.
- (FLT:0)Low neutron ספיגת (FLT:1) , סעיף קליטת קליטת תרמי נמוך של פחמן-12 פירושו כי פחות נויטרונים נתפסים באופן פרזטי במאור, מה שמשאיר יותר זמין עבור משקעים של אורניום-235 או פלוטוניום-239.זה משפר את הכלכלה נויטרונים ומאפשר הפעלה עם העשרה נמוכה יותר או בכורות טבעיות כגון MagnoxGR.
- (FLT:0) יכולת המתינות של נויטרונים (Sleutron Moderation) 1:1 בעוד הכוח האטה של גרניט נמוך יותר מאשר מים קלים או מים כבדים, יחסו הממתינות הגבוה הופך אותו למכשול יעיל מאוד מבחינת שימור נויטרונים.זה יכול להאט נויטרונים לאנרגיות תרמיות על פני מרחק קצר יחסית, ומאפשר עיצובים קומפקטיים בשילוב עם קירור מתאים.
חסרונות ודאגות בטיחות
- (FLT:0) אוקסידציה וסיכון אש.FLT:1 Graphite מגיב עם חמצן מעל 400 מעלות צלזיוס כדי ליצור פחמן דו תחמוצת הפחמן או פחמן חד תחמוצת.במקרה של אובדן של תאונה בלתי נשלטת אשר גם מודה אוויר, המנטר הגרפי יכול לשרוף, שחרור כמויות גדולות של אנרגיה ו חלקיקים רדיואקטיביים.
- (FLT:0)Graphite אבק והשפלה.FreaLT:1) על החיים התפעוליים של כור, חיכוך ונזק קרינה מייצרים אבק גרפיט שיכול להפוך רדיואקטיבי על ידי לכידת מוצרי פשידה ומוצרי הפעלה (למשל, פחמן-14) אבק זה מסבך תחזוקה וניתוק ויכול להיות חומר נפץ בריכוזים מסוימים אם מעורבים עם אוויר.
- (FLT:0Wigner Energy הצטברות.FLT:1ir ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ אטומי פחמן מאתרי הנקה שלהם, אחסון אנרגיה במבנה הקריסטל כפגמים Wigner.אם האנרגיה המאוחסנים הזו משתחררת לפתע במהלך נשימה (כפי שקרה בשריפה Windscale ב-1957), הטמפרטורה יכולה לעלות באופן מסוכן.
- (FLT:0) מתינות נויטרורון (FLT:1 ), בהשוואה לדבוריום או מים כבדים, גרפיט דורש נפח מודולר גדול יותר כדי להשיג את אותו כוח איטי לאחור.זה מגדיל את הגודל הפיזי של הליבה הכור ואת מבנה הה להכיל הכולל, העלאת עלויות הבנייה.
תגובות
Graphite has been used extensively in several important reactor lines. The RBMK (Reaktor Bolshoy Moshchnosti Kanalnyy) reactors in the former Soviet Union used graphite as the moderator and light water as coolant. The Magnox reactors in the United Kingdom used natural uranium fuel, graphite moderator, and carbon dioxide gas coolant. The AGR (Advanced Gas-Cooled Reactor), also British, enriched the fuel slightly but retained graphite moderation and CO₂ cooling. In modern designs, the HTGR (High-Temperature Gas-Cooled Reactor) employs graphite as both moderator and structural materialבמסגרת סידור prise או pebble-bed, עם הליום מגניב. HTR-PM ו- HTTR של יפן הם דוגמאות נוכחיות. Graphite משמש גם בכמה כורי מחקר ובייצור של ערפיליות נויטרונים בניסויים מדעיים.
Beryllium - ניוטרון מארגן
נכסים פיזיים ואטומיים
(באריליום) הוא מתכת דלת-נשק ( (1.85 g/cm3) עם מבנה גבישי קרוב ארוזה (FLT:0elasticפיזור האוכלוסייה חצי ליטר למעשה) חלבון 1 עבור צינורות מהירים הוא בערך 6.1 barns, ואילו קצב האנרגיה הלוגרית הממוצע להתנגשות הוא בערך 0.207 - גבוה יותר מאשר גרף כפול -2 -2 - 000) כי הוא גרף נמוך של סגסוגת פחמן -2 -2 - למרות זאת הוא על ידי סגסוגת פחמן -2 - למרות זאת, לעומת זאת, 000.
היתרונות של Beryllium
- (FLT:0) פיזור של נייטרון יעילות.FreaLT:1 ;המסה האטומית הנמוכה של Beryllium ופיזור גדול יחסית גדול של חצי-סעיף לתת לו כוח איטי יותר לנפח יחידות בהשוואה לגרף.נפח קטן יותר של beryllium יכול להשיג את אותה תנופה, המאפשר עיצובים הליבה הקומפקטי.
- (FLT:0)Neutron multiplication through (n,2n) תגובות .FLT:1 בשפעת נויטרונים מהירה, כל אחד beryllium אטום יכול לייצר נויטרונים נוספים, להגביר את הכלכלה הניטריונית הכוללת.זה יתרון במיוחד בכורים שבהם דליפת נויטרונים גבוהה או בגלאמנטים מונעים.
- (FLT:0) משקל אור ועמידה.FLT:1 עם צפיפות רק על רבע זה של פלדה ונוקשות מסוימת טובה, beryllium הוא אטרקטיבי עבור מערכות גרעין ניידות או חלליות שבו משקל הוא קריטי.
- (ב) (ב) ,0) ייצור של פסולת רדיואקטיבית ארוכה של אנדרל (ראו: ⁇ ) (המוצר העיקרי של דבורים בפרשת ערפילית (בקיצור:2 149) 3,2143103,3) ו-(nb) {\displaystyle \"ל=6 שנים,3=10,2,2,2,5 שנים) ).
חסרונות ודאגות בטיחות
- (FLT:0) עלות גבוהה ואספקה מוגבלת.FLT:1 Beryllium הוא מרכיב נדיר יחסית, ואת החילוץ שלה וטיהור הם מורכבים אנרגיה אינטנסיבית.המתכת חייבת להיות מוטבע באמצעות טכניקות מתכתיות בגלל הבקרות שלה ו הרעילות שלה. כתוצאה מכך, מרכיבים מודוליום עלות בערך 10 עד 20 פעמים יותר מאשר גרף שווה ערך על בסיס של מרכיבים על בסיסמסה.
- (FLT:0) לפגיעות ולסיכון בריאותי.FreaLT:1 ’Beryllium’ ותרכובותיה רעילות מאוד כאשר הם שואפים כמו אבק דק או מטושטשים. Chronic beryllium מחלה (CBD) הוא מצב ריאות חמור שיכול לגרום חשיפה לכיבושית.Strict טיפול פרוטוקולים, כולל gloveboxes, ventilation, והגנתי, נדרשים במהלך ההתקנה, ומתקנים אלה מעורבים כל רכיבי תחזוקה.com.
- (FLT:0) קליטת והפסד יעילות של גרף 1 (FeloLT:1), בעוד שפרשת הספיגה של beryllium היא נמוכה, זה עדיין כפול של גרפיט.ב ליבות גדולות ההבדל בלכידת parasitic יכול להפוך משמעותי, פוטנציאלי הדורש מעט יותר העשרה דלק גבוה יותר לפצות.
- (FLT:0)Radiation נזק וחוסר יציבות ממדית.veFLT:1; תחת הקרנה מהירה של נייטרונים, beryllium עובר צמיחה אנזוטרופית ונפיחות.הצטברות של הליום מ (n,2n) ו (n,α) תגובות יוצר בועות שגורמות לשינויים בנפח ואובדן של יושרה מכנית מעל 500 מעלות צלזיוס מאיצה ומפחיתות את החיים האלה יש השפעה מוגבלת של שפעת.
תגובות
Beryllium is not widely used as a bulk moderator in commercial power reactors due to its cost and toxicity, but it has found important roles in specialized systems. It is used in research reactors and neutron sources where compactness and high neutron flux are paramount. For example, the reactor at the Institut Laue-Langevin in France uses a beryllium reflector to maximize thermal neutron flux for experiments. In spaceכורסאים:0 (כמו SNAP-10A וסדרת ה- TOPAZ, beryllium משמש גם מתווך וגם משקף נויטרונים לשמור על הליבה קטנה וקלה. Beryllium משמש גם למטרות גנרטור נויטרונים וכרכיב בדלקת דלק חד-חמצני מעורב עבור מושגים מסוימים של כור מהיר.
השוואה קוונטית
כדי לספק בסיס טכני ברור להשוואה, בטבלה הבאה מסכם פרמטרים גרעיניים מרכזיים עבור גרפיט (פחמן-12) ו Beryllium-9 באנרגיות תרמיות (0.025 eV) אלא אם צוין אחרת.ערכים הם משוערים ותלויים בטוהר, טמפרטורה, וספקטרום נייטוטרון.
| Property | Graphite (C) | Beryllium (Be) |
|---|---|---|
| Atomic mass | 12.01 u | 9.01 u |
| Density (g/cm³) | 1.7–2.2 | 1.85 |
| Microscopic scattering cross-section (σ_s) | ~4.8 barns | ~6.1 barns |
| Microscopic absorption cross-section (σ_a) | 0.0034 barns | 0.0076 barns |
| Average logarithmic energy decrement (ξ) | 0.158 | 0.207 |
| Slowing-down power (ξ Σ_s) at density 1.8 g/cm³ | ~0.087 cm⁻¹ | ~0.127 cm⁻¹ |
| Moderating ratio (ξ Σ_s / Σ_a) | ~200 | ~90 (with (n,2n) gain, effective ratio higher) |
| Melting point (°C) | Sublimes ~3650 | 1287 |
השולחן מראה כי beryllium יש כוח איטי יותר נפח ליחיד, כלומר הליבה קטנה יותר ניתן לבנות.עם זאת, החלק התחתון של גרף של גרף ספיגה צולב נותן לו יחס ממתינות גבוה יותר. בפועל, הכלכלה נילטרון יעילה יותר ב beryllium-moderium-moderium משופר על ידי multiplication (n,2n) אשר מפחית את הניטריוטרון נטו בין היתר (ה) על ידי מידת הבטיחות הגבוהה ביותר (n) או עלות).
בטיחות והערכה
שני החומרים מציגים אתגרים בטיחותיים ייחודיים המשפיעים על עיצוב כור ותקנה.פוטנציאל של Graphite לבעירה באוויר בטמפרטורות גבוהות דורש הגנה אווירית קפדנית ומערכות דיכוי אש.בכורים מהונדסים, הליבה חייבת להיות נשמרת תחת גז אינרטי (כגון Helium או פחמן דו חמצני) במהלך פעולה נורמלית וסגורה.
הדאגה העיקרית של Beryllium היא חשיפה לכיבוש לאבק.כל פעולות ההבראה וההנאות דורשות בקרת הנדסה - ג'וכות באופן חד-פעמי תחת לחץ שלילי - כדי למנוע שאיפתם של גבולות החשיפה המבוססים על בריאות הם נמוכים מאוד (0.2 מיקרוגרם / m3 במקום העבודה), בנוסף, רכיבי Beryllium חייבים להיות נועדו להסביר עבור מעכבי נפיחות, אשר יכול לעוות דלק גרעיני או להפעיל את התקני בטיחות אחרים.
עלויות וזמינות
גרפיטי הוא בשפע וזול.ה גרף קצבה של קצב גרעיני עולה בערך 5-10 דולר לקילוגרם, בהתאם לטוהר ולצורה.שרשרת האספקה בוגרת, עם יצרנים מרכזיים בסין, הודו, ארה"ב ואירופה. Beryllium, לעומת זאת, עלויות בין 500 ל-1,000 דולר לקילוגרם במתכת, ואפילו יותר כאשר מוטבעת לתוך בלוקים מורכבים או ייצור ראשוני הוא מוגבל ל-1,000 דולר, 000 דולר, 000 דולר, כלומר, 000 דולר, 000 דולר, 000 דולר, 000 דולר, 000 דולר, 000 דולר ל- 10 דולר, 000 דולר, 000 דולר, 000 דולר, 000 דולר, 000 דולר ל- 000 דולר ל- 000 דולר ל- 000 דולר ל- 000 דולר ל- 000 דולר ל- 000 דולר ל- 000 דולר ל- 000 דולר ל- 10 $ ל- 10 דולר ל- 10 $ ל- 10 $ ל- 000 ל- 000 דולר ל- 000 ל- 10 $ ל- 10 $ ל- 10 $ ל- 10 $ ל- 10 $ ל- 10 $ ל- 10 $ ל- 10 $ ל- 10 $ ל- 000 עבור כמות גדולה, בעוד שגודל משמעותי, 000 עבור כמות גדולה יותר, 000 עבור כמות גדולה יותר, 000 עבור ייצור ראשוני, 000 עבור כמות
מגמות עתידיות ואלטרנטיבה מתקדמת
(ב) הן טכנולוגיות בוגרות והן מחקר ממשיך לצורות משופרות ואלטרנטיבות (FLT:0) חומרים מסובבים גרפיטי מתקדמים (FLT:1 עם ציפויים עמידים בחמצן (למשל, סיליקון) או מטבוליזם של זמן (Fide) מצמצם את רמת הנפיחות הגבוהה ביותר (Ricial) ו-(Fericial) לעומת 2, למרות שיבולים גבוהים יותר)
מסקנה
Graphite ו beryllium משמשים כמוצרי נויטרונים יעילים, אך הם תופסים נישות נפרדות בהנדסה גרעינית.העלות הנמוכה של Graphite, סובלנות טמפרטורה גבוהה, ויחס מתון מעולה להפוך אותו לבחירה המועדפת עבור כורים מסחריים שיכולים להתאים את גודל הליבה הגדול יותר שלה ולנהל את הסיכונים שלה בתחום החמצן והאש.