הבנת נעלי מתכת נוזליות ב- Fast Breeder Reactors

כורים מהירים (FBRs) מייצגים אבן הפינה של טכנולוגיה גרעינית מתקדמת, שנועדו לייצר יותר דלק פיצילי מאשר הם צורכים בעת ייצור כוח.מרכז לפעולה שלהם היא מערכת מגניבה, שבו קירור מתכת נוזלי ממלא תפקיד חיוני.בניגוד כורים מים קונבנציונליים הנשען על מים כמו מתווך הנדסי קירור, FBRs דורש אמצעי לא להאט את צינורות מתכת -2 תכונות קירור הכרחיים עבור דלקת אלומיניום חומרים רעילים זה.

התפקיד המרכזי של Coolants in Fast Breeder Reactors

בכל כור גרעיני, הקריר משמש כסוכן העברת חום עיקרי, נושא אנרגיה תרמית מן האסיפות הדלק גנרטורים אדים או מערכות המרת חשמל ישירות. ב FBRs, הקריר חייב גם לתמוך ספקטרום נויטרונים מהיר. מים, בגלל התוכן מימן שלה, מאט נויטרונים יעילים מדי, כמו helium להציע נויטריוני מקובל אבל סובל מקיבולת חום נמוכה, הם דורשים לחץ דם גבוה, יעיל, כי הם מפעילים לחץ דם גבוה, יעיל, יעיל מאוד, יעיל, יעיל, יעיל, כמו גם כן, כמו גם כן, יעיל, יעיל, הם מפעילים לחץ דם חום גבוה, יעיל, יעיל, יעיל, יעיל, כמו גם כן, כי הם מפעילים לחץ דם חום, כמו טמפרטורות חום גבוה, כי הם יכולים לחץ דם גבוה, יעיל, יעיל מאוד, יעיל, יעיל, יעיל, יעיל, יעיל, כמו גם כן, כמו כן, כי הם מפעילים לחץ דם חום גבוה, 000, יעיל, יעיל, יעיל, יעיל, יעיל, יעיל, יעיל, יעיל, יעיל מאוד, יעיל, כמו כן, 000, 000 יעיל, יעיל, 000 חום גבוה, כמו כן, 000, 000.

סוגי מתכת נוזלית

בעוד כמה מתכות נוזליות נחקרו, שלושה הופיעו כמועמדים העיקריים ליישומים של כור גזע מהיר: נתרן, מוביל ועופרת-bismuth eutectic (LBE) לכל אחד יש תכונות פיזיות וכימיקליות שונות המשפיעות על עיצוב כור, בטיחות וכלכלה.

נתרן

Sodium הוא המתכת הנוזלית הנפוצה ביותר ב FBRs התפעולית, כולל Phénix ו Superphénix, BN-600 ו BN-800, ו- BN-800 של יפן יש נקודה מתמוססת של 97.8 מעלות צלזיוס ונקודת רתיחה של 883 מעלות צלזיוס בלחץ אטמוספירי, ומספקת טווח רחב של התנהגות תרמית שלה הוא בערך 80 עד 720x נמוך יותר ל- knol (גם) אפילו לדלקת מים נמוכה מאוד) וגם זניחהנמוך (KTol) נמוך מאוד) נמוך מאוד לעומת 883 מעלות צלזיוס בלחץ אטמוסמ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"ל) נמוך מאוד נמוך מאוד נמוך מאוד, אפילו נמוך מאוד, אפילו נמוך מאוד, וגם .

עם זאת, נתרן מגיב נמרצות עם מים ואוויר.מגע עם מים מייצר גז מימן ו-Sodium hydroxide, אשר יכול להוביל לתנאי קורוזיה ופיצוצים פוטנציאליים.מגע עם אוויר מוביל חמצון מהיר, ויצר סוליום oxide oxide oxide ⁇ כי הם בעיות כימיות מופעלות טיפול תרופתי.

להוביל ועופרת-Bismuth Eutectic

מוביל ועופרת-bismuth eutectic (LBE) צוברים עניין מחודש עבור כורים מהירים מתקדמים, כולל עיצובים דור IV כגון הכור המהיר המוביל (LFR) מוביל יש נקודה מרתיחה גבוהה (1749 °C), תכונות מגן מצוינות נגד קרינה gamma, ותגובה כימית נמוכה עם מים ואוויר.

הסגירה העיקרית של קירורים מבוססי מוביל היא צפיפות גבוהה שלהם (lead - 11.3 גרם / CM3, LBE - 10.5 גרם / 3), אשר מטילה עומס מבני משמעותי על כלי כורים ופנים.זה דורש עיצוב סיסמי חזק וניהול זהיר של עומסים, בנוסף, התאמות אינטנסיביים LBE עדיין corrosive כדי למנוע בדיקות הגנה מוגברת, במיוחד אם רמות חמצן לא נשלטות בקפידה כדי למנוע סגסוגת של חומר קירור יש צורך חמצן פעיל על ידי הגנה חזקה.com יש לחץ דם פעיל על ידי כוח לחץ דם פעיל על ידי הגנה מפני חמצן חזק.

מתכת נוזלית Coolants

המחקר גם חקר את Sodium-potassium (NaK), כספית, רייום ואפילו ליתיום נוזלי NK (אטקטי של נתרן וא אשלגן) נשאר נוזלי בטמפרטורת החדר, אשר מפשט סטארט-אפ ותהליכי השבתה, אבל הוא שומר על תגובת הכימית של נתרן חמה, מרקורי שימש רק בכורים ניסיוניים מוקדמים, אך הוא ננטש בגלל רעילות וגרוטרוניקה גרועה, ולכן נחשב למגיום מסחרי רב מדי, רק להתקפות גבוהות מדי.

היתרונות של מתכת נוזלית

מתכות נוזליות מצטיינים בהעברה חום בשל ההתנהלות התרמית הגבוהה שלהם ויכולת חום מסוימת ביחס לנפח שהם תופסים.בגרעין הכור, גלי החום מגלי דלק יכולים לעלות על 1MW / m2; מתכות נוזליות יכולות להסיר חום זה עם הבדלים טמפרטורה צנועים בין פני השטח דלק לבין כמויות קרירות יותר של חום (CA גם מפחית את אזור ההעברה הנדרשת חום ומאפשרת משקעים גבוהים יותר, ליבת קטנה יותר, ולהגדיל את הלחץ על ידי נוזל של לחץ דם נמוך יותר, כי הוא יכול להיות מלחץ קצר יותר, כי הוא מלחץ נוזלי, 000 קל יותר, כי הוא פחות, 000 קל יותר, 000 לחץ דם נוזלי, 000.

זרימת טבעית היא יתרון משמעותי נוסף. מתכות נוזליות יש חסכוניים רחבים מאוד, ואת השינויים הצפיפות שלהם עם טמפרטורה יכול להניע זרם טבעי חזק אפילו על מהירויות זרימה נמוכות.במקרה של כישלון משאבה, מחזור פסיבי זה יכול להסיר חום מן הליבה ללא הגבלת זמן, בתנאי שהגאומטריה מיועדת עבור זה. Sodium-cooled כורים כמו BN-800 מצויד עם מערכות חום פעיל ופאסיבי, בעוד הסרת יעיל של ניקוי אובייקטיבי יכול להשיג באופן מלא של בטיחות.

ניוטרוניקה ו-Breding Performance

הבחירה של קרירה משפיעה ישירות על כלכלת נויטרונים של FBR.הקר האידיאלי צריך להיות קליטת נויטרונים נמוכה מאוד כדי לשמר את אוכלוסיית נויטרונים עבור רבייה. ⁇ של סויום הוא נמוך אבל לא אפס; לכידת פרציטית במקפיא מפחיתה את הרווח הרבייה מעט.עופרת ו LBE יש אפילו פחות ספיגה-מונים עבור נייטוונים מהירים, כך שהם כמעט פיזור גרעיני, אשר כמעט ללא צורך ארוך יותר, הם גורמים יותר, הם גורמים יותר, 000 ארוך יותר, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 ארוך יותר, 000, 000, 000, 000, 000, 000 ארוך יותר, 000.

בפועל, sodium-cooled FBRs הוכיחו יחסי הרבייה של 1.2 או גבוה יותר, כלומר הם מייצרים 20% יותר חומר פיזה מאשר הם צורכים.עופרת-cooled עיצובים עם תחמוצת מתקדמת או דלק מתכת צפויים להשיג יחסי הרבייה מעל 1.3, בעוד גם מסוגל לצרוך פלוטוניום קיים וקטינינים קטנים זה עושה מתכת קירור חיוני לסגת מחזור גרעיני ולהפחית את נפח הפסולת הגבוהה של פסולת גבוהה.

אתגרים ופתרונות הנדסה

למרות היתרונות שלהם, קירור מתכת נוזלי מציג אתגרים הנדסיים ייחודיים שעיכבו את הפריסה הנרחבת של FBRs. אתגרים אלה להאריך את החומרים תאימות, בקרת כימיה, כלי, תחזוקה ובטיחות.

חומרים מתאימים וקורוזיה

בטמפרטורות האופייניות ל-FBR (400-600 ° C), מתכות נוזליות יכולות להתמוסס או להגיב עם ⁇ מבניות. פלדות ללא פליטה (למשל 316, 316L, ו-HT-9) משמשות בדרך כלל ב-Sodium קירור, אך הן חייבות להיות מוגנים מפני קירור נוזל מהיר (למשל שמירה על רמות חמצן נמוכות (<10m) והימנעות מנפיחות מובילה ו-Lrostic), כמו ציפויים של נוזל מהיר של 10 ליטרים).

פעילות כימית

פעילותו של סויום עם מים ואוויר מחייבת מערכות בטיחות נרחבות. גנרטורים קיטור ב-Sodium-cooled FBRs חייב להיות מתוכנן למנוע, לזהות, ולצמצם תגובות נתרן מים בדרך כלל, לולאות ביניים מפרידות בין נתרן העיקרי ממערכת הקיטור, עם דיסק rupture ו- Trastotic Control של הדור מימן, באמצעות ניטור מימן, טמפרטורה אקוסטית, חיישנים, אך הם טמפרטורות קירור יכולות להיות כרוכות, אך ורק ל-Ricicrecerecerecerecerecereceive, אך ורק לאחר מכן, אך ורק טמפרטורות קירור.

עיצוב ואינסטינקטציה

משאבות מתכת נוזליות חייבות לפעול בטמפרטורות גבוהות ולעתים קרובות בנוכחות שדות קרינה חזקים.אלקטרומגנטיים (EM) משאבות לטובת נתרן ו- LBE כי אין להם חלקים נעים, צמצום ללבוש ותחזוקה. משאבות EM להשתמש שדה זרם חשמלי מגנטי כדי לגרום כוח לורנץ ישירות על הקירור, אך יש להם יעילות נמוכה יותר מאשר משאבות מכניות ודורשות גבוהות של חשמל, לעתים קרובות, כימות מגנטיות יעילות, אך ורק עם זאת, הן פחות.

תחזוקה והערכה

מכיוון שהקרר הופך להיות רדיואקטיבי מאוד בכורות נתרן-קוכל, תחזוקה של רכיבים ב-vessel דורשת ציוד טיפול מרחוק מתוחכם. כורים רבים מוצפנים נתרן-אול יש גורמי זמינות נמוכים עקב קשיים עם דלק ותיקון. כורים מובילים, עם הפעלה מהירה יותר (מלבד פונום בלובית), עשויים לאפשר גישה קלה יותר, אך המיומנות והדחיסות הגבוהה של מצלמות סורקות מתקדמות כל כך למצלמות קוליות.

אסטרטגיות בטיחות וחוויה רגולטורית

בטיחות של כורים מהירים נוזלי-מטל נחקרה ביסודיות במהלך עשרות שנים של מחקר ותפעול.אתגרי הבטיחות העיקריים שונים על ידי סוג מגניב.עבור נתרן, הסיכון העיקרי הוא שריפות נתרן ואת הפוטנציאל של תגובת רִיק חיובי - מצב שבו רותח או אובדן של נתרן מגביר את פעילות ההחלמה, אולי מוביל לנסיעות כוח.זה מטופל באמצעות אמצעי עיצוב הליבה: מהירויות שטוחות, במיוחד עבור ליטרים של חומרת דלק שלילי, במיוחד.

להוביל ול-LBE יש יעילות דיסרקטיביות חיוביות גם כן, אבל הנקודה הרתיחה גבוהה של להוביל (1749 מעלות צלזיוס) הופכת לנקייה לא צפויה אפילו בתנאי תאונה חמורים.הסיכון העיקרי לכורים מובילים הוא קריר מקפיא; גיבוי תנורי חשמל חום וחום ריקבון חייב לשמור על המרחץ הקרר במהלך הסגירה.

קודי בטיחות בינלאומיים עבור כורים מהירים, כגון תקני הבטיחות של IAEA והנחיות הבטיחות של הפורום הבינלאומי Gen IV, להדגיש את ההגנה לעומק, להכיל, ואת הכללת אמצעי תאונה חמורים. הרבה FBRs לשלב מכשירים ליבה ⁇ כדי לשמור על דלק מלוטש אם אירוע להמיסת הליבה מתרחשת, למנוע קריטיות המכילה מוצרי שבץ.

פיתוחים עתידיים ועתידיים

כמה מדינות מתפתחות באופן פעיל כורים מהירים נוזליים-מטלים עבור פריסה לטווח קצר. רוסיה ממשיכה להפעיל את ה- BN-600 ו- BN-800 כורים מוכלים והוא בונה את BN-1200M, במטרה לתחרותיות. India מפעילה הדגמה קטנה של נתרן-קוע FBR (FBTR) ובניית MN-12002, אשר החלה את תוכנית CRved SoPF-R (BR-R) ו-R.

לשם כך, רוסיה החלה את הכור המוחזק ב- BREST-300 במערכת הכימית הסיבירית, ופרויקט ה-MyRRHA של האיחוד האירופי (מערכת מואצת-מעצמות) הוא בתכנון.לארה"ב יש כמה מושגים מובילים-מונעים של SMR, כגון 'LFR's LFR של ווסטינגהאוס, ומבחן ורדייל (TR) שנחשב בתחילה ל-LVant.

מחקר מתמשך מתמקד בדלקים מתקדמים (סגסוגת מטר, nitride, אינטריקס אינרטי), שיפור חומרים מבניים (ODS פלדה, SiC מורכב), טוב יותר בטכניקות בדיקה בשירות, ופיתוח של חיישנים כימיים עבור ניטור אימפולס מתמשך.יש גם עניין בהפיכה של קירור מתכת נוזלי עם מחזורי CO2 Braton קריטיים להשגת יעילות תרמית גבוהה יותר (45%) בהשוואה למחזור הקיטור בשימוש ב-Fular נשאר באמצעות עלויות בנייה.

הפוטנציאל של קירור מתכת נוזלי משתרע מעבר לדור החשמל.הם יכולים לספק חום תהליך עתיר גבוה לייצור מימן, הפלה, ויישומים תעשייתיים.היכולת שלהם לשרוף אקטיניים הופכת אותם בעלי ערך לניהול פסולת והתנגדות לתפוצה. כמו מטרות אקלים לדחוף כוח עומס ללא פחמן, כורים מהירים עם קירור מתכת נוזלי מייצגים נתיב בר קיימא אשר מנצל משאבים ולהפחית את הפסולת לטווח הארוך.

מסקנה

קירור מתכת נוזלי הם חלק בלתי נפרד מהפעולה והבטיחות של כורים מהירים.Sodium, המוביל, ולהוביל-bismuth eutectic כל אחד מציע יתרונות נפרדים ומסחריים במונחים של ביצועים תרמיים, ניצול נויטרוניקה, פעילות כימית, חומרים תאימות. Extensmuth eutection עם נתרן יש בסיס חזק של טכנולוגיה, בעוד מערכות מבוססות מוביל מבטיח בטיחות מוגברת וניקוי יעיל עכשיו, אופטימיזציה מתקדמת של חומרים גרעיניים, הוא יעיל, עם חומרים מתקדמים, עם משככי אנרגיה מתקדמת, עם משככי כאבים, עם משככי כאבים, יעיל, יעיל, אשר מסייע פתורים, עם משככי כאבים גרעיניים, עם פתורים, עם פתורים, עם פתורים מתקדמים, עם פתורים מתקדמים, עם פתורים מתקדמים, עם פתורים, עם פתורים מתקדמים, עם פתורים, עם פתור חומרים מתקדמים, עם מנגנוני ייצור גרעיניים, עם פתור חומרים מתקדמים, עם פתורה, עם פתור חומרים מתקדמים, עם sotens בטוח, 000, עם sotensive אנרגיה מתקדמת, עם sotensive אנרגיה מתקדמת, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 פתור חומרים מתקדמים, 000,