Su Reaktör Cores'ı Kaynarlaştırma Çevresi
Su reaktörlerini (BWRs) kurtarmak, küresel nükleer filosunun kritik bir yığınını oluşturur, dünyanın nükleer elektriklerinin yaklaşık% 20'sini oluşturur.Turized su reaktörleri aksine, BWRs doğrudan reaktör çekirdeğinde kaynatmasına izin verir, buhar üreterek, bu tasarım eşsiz bir malzeme meydan okumalarını sağlar: temel bileşenler yüksek nötron flux, yüksek sıcaklıklar (tipik olarak 270-290 °C), yüksek basınçlı buhar-su su karışımları ve yüksek basınçlı buharlı kimyasal ortamlara dayanıklı.
Yakıtların uzun vadeli dayanıklılığını sağlamak, çelik heaths, çekirdek shroud ve diğer in-core donanımı hem operasyonel ekonomi hem de güvenlikten ödün vermeden, on yıllar boyunca test ederken, üretim sahipleri güçlendiricileri, daha uzun yakıt döngüleri takip ediyor ve 60 yıl ötesinde genişletilmiş işletim lisansına karşı bir konser verildi.
Operasyonel Zorluklar Araba Malzeme Yeniliği
BWR temel bileşenleri deneyiminin neden yeni malzemelere ihtiyaç olduğunu takdir etmek için bozulma modlarını anlamak: Dört birincil zorluk:
- [FONT:0]Irradiation hasar[[Döntgen: 1) Neutron, lattice pozisyonlarından atomları bombalıyor, vacancies yaratıyor ve kusurları kümeler. Zamanla bu sertleşmeye yol açıyor, embrittlement, volumetriksiyonel davranışlarda bulunabilir ve 1020 ncm2 altında boyutsal stabiliteyi korumalıdır.
- [FONT=0)Corrosion ve xidasyon[Dönetici: 1) BWR birincil serin (bu, hidrojen, oksijen ve hidrojen gibi tıkanmalar içerir), zirkonyum alaşımları koruyucu bir oksit tabakası oluşturur. Ancak, bazı su kimyası koşulları altında (örneğin, su kimyası enjeksiyonu hidrojen), oksit kırılabilir ve hidrojeni azaltılabilir.
- [FONT:0]Stress korozyon çatlakları (SCC))[FONTSTRT:0)[B][FONT içlerinde, özellikle de ısı kaynaklı bölgelerden veya hassasiyetlerden sonra) zarar verenler, agresif serin ve reradisyon hızla büyüyen bileşeni hayatı azaltabilmektedir.
- [FONT:0]Wear ve fretting[[DÜT 1: 1 ) – Yakıt çubukları serin akış tarafından vibrasyona maruz kalıyor, cladding ve uzaycı ızgaralar arasında freskler.
Bu başarısızlık modlarının her biri operasyonel kısıtlamalar ve ekonomik maliyetler yükler. Geliştirilen dayanıklılık arayışı bu nedenle gelişmiş alaşım tasarımı, mikroyapısal mühendislik ve yüzey kaplamaları yoluyla bu bozulma yollarının bir veya daha fazlaını azaltmaya odaklandı.
Yenilikçi Malzemeler BWR Core Durability
Sonraki -Generation Zirconium Alloys for Yakıt Cladding
Zirconium alaşımları, Zircaloy-2 ve Zircaloy-4 gibi yüksek sıcaklıklu su korozyon direnci nedeniyle ticari nükleer enerjinin şafak için endüstri standardı olmuştur.
- [FONT:0]ZIRLOTM [DÜDÜDÜSÜŞÜNÜDÜŞÜNÜSÜŞÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜŞÜNÜŞÜŞÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜŞÜŞÜŞÜŞÜNÜŞÜŞÜŞÜŞÜŞÜNÜŞ
- [FONT:0]M5® [DÜDÜT:1] - Areva tarafından patentli bir alaşım (şimdi Framatome) niobium ve oksijen ekleri ile M5®, ek olarak, yüksek korozyon oranları ve hidrojen toplayıcısı için uygun bir şekilde, iyi hidrojen performans gösterdi.
- [FONT=0]E110 ve E110G[DÜDÜT:1) - Rus varyantları (ayrıca Zr-1%Nb alaşımları çok düşük teneke içerikli. Bunlar yüksek korozyon direnci nedeniyle BWR uygulamaları için kabul edilir.
- [FONT:0)Optimized ZIRLOTM (Gen 2)) – Westinghouse'un en son rejitasyon oranları ve hidrojen seçicileme oranları ve hidrojen seçicileme, mekanik güç korurken.
Bu alaşımlar, ikinci fazlı parçacıkların (SPP) dikkatli bir şekilde performanslarını elde ederler ve bu da radyasyon kusurları için batır ve hidrojen izotoplarının hareketliliğini azaltır. Devam eden araştırmalar, oksit tabakasının koruyucu doğasını daha da optimize etmek için kromat veya ytrium ekliyor.
Kontrol Rods ve Core Structures için Seramik Matrix Composites
BWR'lerde kontrol çubukları yüksek termal strese, irradiasyona ve imarlar sırasında su ile temasa geçmeli (SiC/C) paslanmaz çelik tüplerde veya hafnium plakalarında özellikle şişlik ve mekanik bozulmalarla ilgili sınırlamalara sahiptir.
SiC/SiC kompozitleri çok yüksek ısı kapasitesi, mükemmel termal şok direnci, düşük nötron absorpsiyonu ve olağanüstü radyasyon istikrarı sergilemektedir. Fibers engelleyici çatlakları ve kırıklığı, montaj ve atıkların azaltılması için çok daha yüksek olan. BWR koşullarda SiC/SiC kontrol bıçakları, SiC/SiC kontrol ünitesinde daha yüksek nötron dozlarında şişirme veya brittle kırılması olmadan hayatta kalan bir miktar yakıtın azaltılmasına ihtiyaç duyar.
Ancak, büyük ölçekli üretim sorunları ve maliyet engeller olarak kalır.Mevcut çabalar fiber-matrix interfaksiyonlarını optimize etmeye odaklanır (örneğin, pirolytic karbon veya boron nitride kaplamaları kullanarak) ve kompozitlerin hava ve buhardaki gücünü koruyan teknikler geliştirir.
Nickel-Based Superalloys ve Advanced Paslanmaz Çelikler
Çekirdek içler, temel shroud, üst kılavuz ve ya da olağanüstü yakıt desteği tipik olarak Tip 304 veya 316 paslanmaz çelikten imal edilir.Bu austenitic çelikler, sıvılaştırılmış stres korozyon flütleri için zaten kullanılır (IASCC) daha yüksek nötron flütücükler. Nickel tabanlı süperalloylar, alaşım 718 (Inconel 718) ve 625 yüksek çözünürlükte yüksek ısıtılır.
Büyük kaynaklarımız için (örneğin, 316NG olarak da adlandırılır), büyük ölçüde güç ve pitting direncini korurken, düşük karbonlu paslanmaz çelikler geliştirilir. Örneğin, 316LN (ayrıca 316NG olarak da adlandırılır), çekirdekli shrouds ile% 0.06-0.08% 0.08 oranında azalırken, iyi kaynaklanabilirliği ve hassasiyetleri korumak için büyük ölçüde azalır.
Membran Dispersion-Strengthened (ODS) Ferritic Alloys
14YWT veya MA956 gibi ODS ferritik çelikler, demir-khromium-aluminumyum tozunu bir sonraki nesil reaktörlerde ve BWR'lerin temel bölgelerindeki yapısal bileşenler için harekete geçirirler, bugün BWR'lerde ticari kullanımları büyük ölçüde azaltır ve geri dönüşümlüdürler.
Yüzey Mühendisliği ve Kaplama Teknolojileri
Yoğun bir şekilde, yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte bulunan bir miktarda yüksek çözünürlükte bulunan bir miktar yüksek çözünürlükte bulunan bir miktara sahiptir.
BWR içlerine uygulanan diğer kaplama teknikleri şunları içerir:
- [FONT:0] ⁇ sprey kaplamalar[[[Dönetici:0)) (HVOF, plazma spreyi) Cr3C2-NiCr veya WC-Co gibi aşınmaya dayanıklı tabakaları uygulamak için, ızgara-to-rod freksiyonu azaltmak.
- [FONT:0] Işık ve silis kaplamaları[Döneticileri), dışsal olaylar sırasında buhar oksidasyonundan iç yüzeyleri korumak için.
- [FONT:0)Graphene-reinforced kompozit kaplamalar[[Dönetici geliştirme altında) kontrol çubuk kılavuzları gibi hareket eden parçaları için korozyon direnci ile birleştiren.
Kaplama teknolojileri, temel malzemenin nötronik veya yakıt termal özelliklerini değiştirmenin avantajını sunar. Ancak, dikkatli nitelikler, bisikletli ve irradiasyon koşullarının altında kaplamanın yapılmasını sağlamak için gereklidir.
Kendi kendini şekillendiren ve Nanoyapılı Malzemeler: Sonraki Frontier
BWR temel dayanıklılık için nihai hedef, radyasyon veya korozyon nedeniyle aktif olarak hasar onarımı yapan malzemeler geliştirmektir. Kendi kendine özgü kavramlar iki ana alanda incelenmektedir:
[FONT:0)Kendi kendini kınayan seramikler [Döntgen: 1) - SiC / SiC kompozitleri, oxidasyon-prone fazlarının ekleri (örneğin Ti3SiC2 MAX fazları) yüksek sıcaklıklarda çatlakları teşvik edebilir.
[FONT:0]Nano yapılı alaşımlar dinamik kurtarma ile ) - Bazı nanoyapılı ferritik alaşımlar (NFAs) "kendi kendini kınayan alaşımların nano ölçekli oksit partikülleri tuzak helium ve nano ölçekli oksit parçacıklarının yüksek yoğunlukları ve o zaman onları yüksek orandan sonra sert bir şekilde geri çevirebilmelerini sağlar. Bu, geleneksel alaşımların swell veya embrittle kullanan dozların sabit dozları altında tutmasını sağlar.
Bu teknolojiler hala erken araştırma aşamasındayken, önümüzdeki 10-20 yıldan daha fazla pasif direnişe karşı materyal bilimin yönünü gösteriyorlar, eğer bu malzemeler ticari olarak uygulanabilirse, BWR temel bileşenleri 80 yıl veya daha fazla yaşam süreleri olmadan elde edebilir.
Malzeme Yükseltleri Ekonomik ve Güvenlik Etkileri
Gelişmiş malzemelerin benimsenmesi doğrudan operasyonel faydalara dönüşür:
- [FONT:0) Aşırı yakıt yakması[Dönemli yakıtlar[Dönemli yakıtlar) - Daha dayanıklı cladding, yakıt toplantılarının çekirdekte daha uzun süre kalmasına olanak sağlar, yakıt yakıtların sayısını azaltın ve genel yakıt maliyetinin azaltılmasına olanak sağlar.
- [FONT:0] Yakıt başarısızlıklarının riski[Dönemli: 1) - Geliştirilmiş korozyon ve panjur direnci birincil sistemin kirlenmesine neden olan ve pahalı temizlenme gerektirir.
- [FONT:0]Uzun bileşenli yaşam[Dönetici:0)[Döneticiler)[değiştir | kaynağı değiştir] – Yüksek yoğunluklu paslanmaz çeliklerden veya nikel süperalloylardan yapılan reaktörler, ana akım gibi büyük sermaye projelerinden kaçınarak 60-80 yıl hayatta kalabilirler (bu da yüzlerce milyon dolar mal olabilir ve zaman uzatabilir).
- [FONT:0)Enhanced güvenlik marjları – Kaza-tolerant malzemeler (Cr-coated cladding, ODS çelik) kaybı sırasında ekstra polisaj süresi sağlar ve lisanslama çerçeveleri bu özellikleri kredilendirmek için gelişmektedir.
- [FONT=0) Güç için destek[[Döneticiler için destekle] - BWR sahipleri, ısıtımı %20 veya daha fazla artırabilecek, ek talepler üzerine koymak için yüksek sıcaklıklar ve nötron flxes erken başarısızlık olmadan idare edebilir.
Bu on yıl içinde ticari dağıtıma giden araştırma ve araştırma birimleriyle, Enerji Bölümü ) tarafından yayınlanan ve bu malzemelerin geliştirilmesi ve testlerine devam eden küresel girişimler.TheurFLT:2).Elektrik Araştırma Enstitüsü) BWR hizmeti için yeni malzemeler nitelikleri için kılavuzlar yayınladı.
Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç
BWR temel bileşenleri için devam eden malzemelerin evrimi, uzun süreli ve daha ekonomik bir şekilde ve daha uzun ömürlü nükleer enerjiye doğru giden kritik bir yol temsil eder. zirkonyum alaşımlarının artışından seramik kompozitlerin ve kendi kendine özgü nanoyapıların tanıtılmasına kadar her bir adım, her bir operasyon ve başarısızlık analizinden öğrenilen dersler üzerinde çalışır.
Küresel nükleer filo yaşları ve temiz, güvenilir temel yük elektrik tüketimi için talep büyüdükçe, bu yenilikçi malzemelerin başarılı dağıtımı doğrudan BWR'lerin başka 40, 60 veya hatta 80 yıl boyunca güvenli bir şekilde çalışmaya devam edebileceğini belirleyecektir.