כורים מהירים (FBRs) מייצגים התקדמות מרכזית בטכנולוגיית האנרגיה הגרעינית, המציעים את הפוטנציאל להרחיב באופן דרמטי את החיים הניתנים לדלק גרעיני תוך צמצום פסולת רדיואקטיבית ארוכת ימים.בניגוד ליצרי מים רגילים, אשר כופים רק את האורניום הנדירים-235 איזוטופ, מגדלים מהירים יכולים להמיר שפע של אורניום-238 לתוך פילאול פלוטוניום-239 - מהחומרים הייחודיים האלה מונעים מקבילות גרעיניות, כמו גם חומרים מתקדמים יותר מסגסוגת, כמו גם חומרים גרעיניים, כמו גם חומרים מתקדמים, הדורשים, כמו גם חומרים מתקדמים, כמו גם חומרים מתקדמים יותר מאשר חומרים מתקדמים, הדורשים, כמו גם חומרים מתקדמים יותר מאשר חומרים מתקדמים, הדורשים, כמו גם חומרים מסוכנים, כמו גם חומרים מתקדמים יותר מאשר חומרים מסוכנים, חומרים מתקדמים יותר מאשר חומרים מסוכנים, חומרים מסוכנים, חומרים מתקדמים, הדורשים, כמו גם חומרים מתקדמים יותר מאשר חומרים מתקדמים, חומרים מתקדמים, קרי קרמיקה, חומרים מתקדמים, אשר מפעילים אנרגיה גרעינית, כמו גם חומרים מתקדמים יותר מאשר חומרים מסוכנים, כמו גם חומרים מסוכנים, הדורשים, חומרים מסוכנים, חומרים מתקדמים יותר מאשר חומרים מסוכנים, כמו גם חומרים מתקדמים, כמו גם חומרים מסוכנים, כמו גם חומרים מסוכנים, חומרים מתקדמים יותר מאשר חומרים מתקדמים יותר מאשר חומרים מתקדמים יותר מאשר חומרים מתקדמים יותר מאשר חומרים

מה הם תגובה מהירה של ברדר?

כור גזע מהיר נועד לקיים תגובת שרשרת פשיעה באמצעות נויטרונים מהירים -neutrons כי לא היו איטיים על ידי מתווך. כורים קונבנציונליים, מים או גרפיט מתון נויטרונים לאנרגיות תרמיות (בסביבות 0.025 eV), הגדלת ההסתברות של סדקים באורניום-235.

הליבה של FBR בדרך כלל מכיל תערובת של פלוטוניום-239 אורניום-238. כאשר פלוטוניום 239 fissions, זה משחרר נויטרונים מהירים שניתן לכופף על ידי אורניום-238, מה שממיר אותו לתוך פלוטוניום 239 באמצעות שני beta דעיכה בסופו של דבר 1.0 מתקני ייצור:0breed יחס FLT:1 - כמות חדשה המיוצרת חומר מיוצרת על ידי 1 {\displaystyle 1.2 קפסולת, אפילו יותר מאשר 1 ליטר טבעי, 000.

היתרון התרמודדימי העיקרי של כורים מהירים הוא היכולת שלהם לפעול בטמפרטורות גבוהות (בדרך כלל 500 עד550 מעלות צלזיוס) ובתוך לחץ אטמוספירי זה משפר את היעילות התרמית - עד 40% או גבוה יותר, בהשוואה ל-33% עבור כור מים קלים - ופותח את האפשרות של תהליך יישומים חום יתר על כן, ניתן להגדיר FBRs כ-F:0burnssssssssalphtalphtralralralralralralr, עד 1 עד 1 מ-T) לצמצום ארוך-in-R.

תפקיד החומרים הגרעיניים מתקדמים ב-FBRs

הסביבה הקיצונית בתוך כור גזע מהיר מציב דרישות יוצאות דופן על חומרים מבניים, קלדינג ומערכות קרירות.בניגוד לכורים תרמיים, שבו אנרגיות נויטרונים נמוכות, FBR לחוות פלוקסים גבוהים של נויטרונים מהירים (בדרך כלל 10 מזחלות מסיבית) כדי לצבור חומרים נוזליים (015FLT:1 ל 10FLT: 216 נפיחות 3N/2) נזקי מתכתי דם מהיר, לא יכול בדרך כלל לגרום נזקי מתכתי דם, 000, 000, 000 של חומרים זורמים, 000, 000, 000, 000, 000 גרם נזקי מתכת, 000, 000 גרם;

כדי להתמודד עם אתגרים אלה, החוקרים פיתחו חבילת חומרים מתקדמים המותאם במיוחד עבור יישומי FBR.התתתות הבאות מתארות את המעמדות החומריים הקריטיים ביותר.

המונחים: Structural Materials

כלי הכור, מבני התמיכה הליבה, ורכיבים פנימיים חייבים לשמור על השלמות המכנית שלהם תחת הקרנה מהירה ממושכת בטמפרטורה גבוהה. עיצובי FBR המוקדמים השתמשו פלדות אל-חלד אוסטי (למשל, סוגים 304, 316), אבל אלה הוכיחו את הרגישות לריק נפיחות - עד 30% שינוי נפח - עלייה של כ 50 דפא.

פריצת הדרך הגיעה עם התפתחות של FLT:0 (FLT:0) פלדה מרטינית ו- mertensitic Steels (Digital Recapives) של ההרחבה (ב- 1D) של ®FLT:1 (למשל, T91, HT9) המציגים טמפרטורות נמוכות בהרבה בשל מבנה גבישי ה-BCC (BCC) התפזרו גם כן פיזור תרמי של פלדה) גבוה יותר מאשר רמות דלקתיות (F2C) של קרינה גבוהה יותר מאשר סגסוגת) של 2.

חומרים פשוטים

ציפוי דלק עתידי ב-FBR חייב במקביל להכיל מוצרי פשידה, לעמוד בלחץ גז פנימי גבוה, ולעמוד בפני התקפה על ידי דלק ומגניבה. ⁇ zirconium מסורתיים, המשמשות כור מים, אינם מתאימים משום שהם מגיבים עם חמצן באזורים גבוהים (תגובות מים-סיאול-סיים הם גם דאגה בטיחותית) במקום זאת, חומרים מחוסנים מתקדמים בנויים סביב אותם פלדות ODS, רק לטמפרטורה גבוהה יותר (Credit) של פחמימות.

תאימות מגניבה

הבחירה של מתכות מגניבות משפיעות מאוד על דרישות החומריות.רוב התפעוליות FBRs להשתמש (FLT:0liquid sodiumphFLT:1 בגלל תכונות ההעברה החום מעולה שלה ומתינות נויטרונים נמוכה.עם זאת, נתרן מגיב נמרצת עם מים ואוויר, הדורשים מערכות צמיגים אוויריות וחילופי חום.

פיתוח היסטורי ותוכניות גלובליות

הרעיון של הכור המהיר הודגם לראשונה בשנות החמישים, עם התגובה הניסויית של ארצות הברית ברדר I (EBR-I) להשיג את הדור הראשון של חשמל מאנרגיה גרעינית בשנת 1951.

(FLT:0) FranceveFLT:1) הפעיל את הכור Phénix (250 MWe) מ 1974 עד 2009 ואת Superphénix גדול (1200 MWe) מ-1985 עד 1998. כורים אלה סיפקו נתונים בלתי חוקיים על ביצועי דלק והשפלה חומרית תחת הקרנה מהירה של נייטרונים בצרפת הדגישו את הקשיים של דרוג של FBRs, במיוחד עם תכונות כה גדולות ותחזוקתיות.

(FLT:0 RussiaigFLT:1) היה המפעיל העקבי ביותר, עם BN-350 (1973–1999) בקזחסטן ואחריו BN-600 (1980–הווה) ו- BN-800 (2015–הווה) במפעל הגרעיני Beloyarsk.

(FLT:0) IndiaveFLT:1) מפעילה את התגובה המהירה של מבחן Breeder (FBTR) ב Kalpakkam, אשר משתמשת דלק קרבי ייחודי מעורב.הדגל של הודו הוא 500 MWe Prototype Fast Breeder Reactor (PFBR), אשר השיגה את הביקורת הראשונה בשנת 2022, מתכננת בסופו של דבר להשתמש thorium בכור המהיר שלה, למינוף של אנרגיה לטווח ארוך עבור מילואים לטווח ארוך.

(FLT:0 Japanofph:1) בנתה את הכור מנגו, אך לאחר דליפת נתרן בשנת 1995 והתנגדות פוליטית מאוחרת, היא מעולם לא השיגה פעולה מתמשכת.המחקר של יפן מתמקד כעת בעיצוב המהיר של יפן סונופול (JSFR) משולב עם חומרים מתקדמים כגון 12Cr פלדה ו ⁇ ODS.

(FLT:0 ChinaveFLT:1) התקדם במהירות עם ה- China Experimental Fast Reactor (CEFR, 20 MWe) בשנת 2010 ו- CFR-600 הפגנה במפעל בבנייה.סין חוקרת באופן פעיל את פלדות ODS, SiC/SiC קלדינגינגינג, ולהוביל-cooled מהר של מושגי כור מהיר.

כל התוכניות האלה הניעו את הפיתוח של החומרים המיוחדים שתוארו קודם לכן.לדוגמה, הצורך בחיפויים עמידים בפני קורוזיה ב-PFBR בהודו הוביל לאימוץ של פלדה בעלת ערך טטניום קנייני (D9סגסוגת) עם התנגדות משופרת לנפיחות.

נזקי קרינה וירידה חומרית ב-FBRs

הבנה והפחתה של נזקי קרינה היא האתגר המרכזי של מדע החומרים FBR. Nutrons מהיר לייצר קדמיות התנגשות בלחיצות קריסטל, יצירת vacancies ו- interstitials. at highמינונים, אלה מומים נקודה אלה לפחם לתוך רִיק, המוביל נפיחות מקרוסקופית.

התגובה של חומר לקרינה תלויה מאוד במבנה הקריסטל והרכב שלה.FCC מתכות (למשל, פלדה אל-חלד אל-חלד אסטונית) נוטה להציג שיעורי נפיחות גבוהים יותר מאשר מתכות BCC (פלדות קדמוניות / מרטידות) כי vacancies הם יותר ניידים ב BCC latticess ויכולים לברוח כדי לשקוע ללא היווצרות נפיחות.

מנגנון השפלה נוסף הוא (FLT:0) הפרדה מושרה הפרדה הפרדה הפרדה (FLT:1), שבו ⁇ אלמנטים להפיץ מחדש גבולות דגנים ליד גבולות הפיכה מועדפת עם פגמים נקודה מופצת קרינה.זה יכול להוביל לפענוח כרום בגבולות דגנים, צמצום עמידות קורוזיה.

חידושים בחומרים קרינה-Resistant

מעבר לפלדות ODS, כמה חידושים חומריים אחרים הם קריטיים לכורים מהירים של הדור הבא.

ננו-מארגן Ferritic Alloys (NFAs)

[ה] הם תת-קבוצה של פלדה ODS עם חלקיקים אולטרה-פין חלקיקים (2–5 nm) ודחיסות מספר גבוהה (10FLT:0233FLT:1–10uaFLT:224033033 ⁇ 3 מ"מ) ו- 3FLT:5 חומרים אלה מציגים אפילו יותר סובלנות גבוהה מאשר ODS רגיל, לדוגמה, 000 סגסוגת של סגסוגת לא רק כדי סגסוגת גבוהה.

Silicon Carbide Composites (SiC/SiC)

סיליקון רציף סיביל-reinforced סיליקון מורכב מציעים אלטרנטיבה רדיקלית לקלד מתכתי.יש להם מאוד נמוך קליטת נייטרון ספיגה צולבת, כוח עתיר גבוה מצטיינים, והתנגדות יוצאת דופן לנפיחות ומצמריש. בדיקות איפלציה להראות כי SiC / SiC יכול לשמור שלמות מבנית עד 100 dpa עם פחות מ 0.5%.

תגית: Alloys

עבור יישומים טמפרטורה גבוהה מאוד (above 700 ° C), מתכות השבירה כגון molybdenum, טנטלום, tungsten להציע התנגדות צמרמורת מעולה.עם זאת, הם כבדים, יקרים וקשה כדי לדפוס.הם גם מציגים הריסות חמורות בטמפרטורות נמוכות ודורשים ציפויים מגן נגד חמצון באוויר או קורוזיה במחקר נתרן.

טכנולוגיות מתקדמות

ציפויי פני השטח מפותחים כדי להגן על רכיבי FBR מ קורוזיה ללבוש.עבור מערכות נתרן-קולק, ציפוי אלומיניום (המוגדר על ידי מלטציה או זיהום נפיחות כימית) ליצור שכבת אל2O3 יציבה אשר מתנגדת corrosion נתרן.עבור כורים עופרת-קו-מדומים, ציפוי FeCrAls ו alum-aducation austation arina-reic-aretarustre) נמצאים תחת דרישה זוחלודה פעילה.

אפשרויות ואתגרים עתידיים

העתיד של כורים מהירים קשור קשר הדוק להכשרה מוצלחת של חומרים גרעיניים מתקדמים.בעוד ש- ODS פלדה ו- SiC / SiC / SiC מורכב ביצועים מוכחים בהפרעות מעבדה, התנהגותם בתנאי כור מסחרי - במיוחד מעל עשרות שנים של פעולה - נשאר להיות תוקף לחלוטין.הייצור של עומס גדול ODS או ספיידינג עלות סביר הוא משמעותי של כורים, כיום, כמו גם עלות חום, על ידי ה-ידי ה-ידי ה-ידי ה-ידי ה-ידי ה-ידי ה-ידי ה-ידי ה-ידי ה-FREC, יש שיפור רמת ה-ידי ה-R.

עם זאת, כמה מגמות הן חיוביות.הדחף ל-FLT:0סגור מחזור דלק גרעיני של פליטת:1FIRLT - שבו הדלק מוחזר וארוך ימים נשרף בכורים מהירים - הוא צובר מתח כדרך להפחית את נפח הפסולת ואת הקרנות שיתוף. בבריטניה, צרפת, יפן, ורוסיה יש תוכניות פעילות להפגין מחזורים כאלה.

שדרה מבטיחה נוספת היא פיתוח של כורים מהירים (LFRs)FLT:1 ו-FLT:2gas-cooled fast כורים מהירים (GFRs)FLT 3 (LFRs) עופרת מובילה מבטלת את הסיכון של נתרן, אם כי היא מציגה בעיות קורוזיות ושחיקה.

לבסוף, שיטות ייצור מתקדמות כגון FLT:0 ייצור מבוזר (3D הדפסה)Fevolve 1 של פלדה ODS ורכיבי SiC יכול להפחית את עלויות הייצור ולאפשר ג'ממטות מורכבות לא ניתן עם שיטות קונבנציונליות.זהו תחום פעיל של מחקר, עם כמה קבוצות הממחישות את הייצור המוצלח של חלקי פלדה ODS על ידי היתוך אבקת לייזר.

מסקנה

כורים מהירים מייצגים טכנולוגיה טרנספורמטיבית לאנרגיה גרעינית בת קיימא, אך הצלחתם תלויה בפיתוח חומרים שיכולים לעמוד בסביבה האגרסיבית של נויטרונים מהירים, טמפרטורות גבוהות, וקרירים נוזליים. במהלך ששת העשורים האחרונים, המחקר יצר תיק מדהים של מחזורי ⁇ עמידת קרינה ומרכיבים, החל ממטמים פלדות אל-חלד ופלדות-פרטיות-פרטיות לפיזור של חומרים כימיים ונפץ-טיפוסיים אלה.

במבט קדימה, המשך ההשקעה בחומרים מדע, טכנולוגיה ייצור, ובדיקה של גורמים יהיה חיוני להפחית עלויות ולשפר את האמינות.מדינות כמו רוסיה, הודו וסין מובילות את הפריסה של כורים מהירים הדור הבא, בעוד שיתוף פעולה בינלאומי מאיץ את אימות חומרים מתקדמים.כפי שהעולם מחפש מקורות אנרגיה פחמן נמוכים, כורים מהירים - מבולמרים על ידי חומרים גרעיניים מתקדמים - יכול להפוך אבן הפינה של אנרגיה נקייה, כמעט ללא ביטחון, כמעט, כמעט, כמעט, כמעט בטוח.

(ב) ב[[1924]], [[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]], [[1924]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]], [[1924]]]], [[1924]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]], [[1924]]]]]], [[1924]], [[1924]], [[1924]], [[1924]]]], [[1924]], [[1924]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]] ב[[1924]],