Sodyum-Cooled Fast Breeder Reorsorsors

Sodyum-cooled fast yetiştirici reaktörleri (FBRs), bir moderator için ihtiyaç duyduklarını ve sıvı sodyumu birincil serinleme, düşük nötron absorpsiyon kesiti ve uzun ömürlü bir nükleer atıkları azalttığından daha fazla kimyasal madde üretmelerini sağlayan, yüksek sıcaklık işlemine ihtiyaç duyan, aynı kimyasal reaktiviteyi ortadan kaldırır.

Tipik bir hızlı yetiştirici reaktörde, temel sıcaklık 550 °C veya daha yüksek ulaşabilir, borular, pompalar, ısı değiştiricileri ve yakıt makülasyonu sürekli olarak bu etkileri azaltmak için kullanılan faktörlere bakar.

Korozyon Mekanizmaları Sıvı Korallar

Sıvı sodyumdaki korozyon temel olarak, FBR bileşenlerinde korozyondan farklıdır, doğal olarak elektrokimya değildir, ancak bunun yerine fiziksel diskasyon, kimyasal reaksiyonlar ve toplu transferler içerir. yüksek işletim sıcaklıkları bu süreçleri daha da hızlandırır.FBR bileşenlerinde gözlemlenen temel korozyon modları, üniforma, çukurlama, stres korozyon çatlakları, intergranular saldırısı ve karburizasyon ve dekarsiyon gibi kitlesel transferleri içerir.

Üniforma Çözme

Üniforma dissolution, bir yapısal malzemenin yüzeyi yavaşça sıvı sodyuma dönüşür. Bu, alaşım elemanlarının (özellikle de nikel, kromyum ve demir) yüksek oranda sodyum ve 600 °C'de sıvı sodyumun azalması ile birlikte, sabit sıcaklık ve sodyum saflığı ile çözülebilir, ancak doğrusal veya parabolik oranlarının azalmasıyla sağlanır.

Üniforma dissolution, yakıt boruları ve ısı değiştirici tüpleri gibi ince duvarlar için özel bir endişedir. 30–40 yıllık tasarım ömrü boyunca, yılda birkaç mikron bile önemli metal kaybına yol açabilir, baskı sınırları ve yapısal güç.

Pitting

Sıvı sodyumda şarbon korozyon genellikle oksijen veya nem eksikliği varlığı ile ilişkilendirilir. Sodyum oksit (Na2O) ve sodyum Hidroxide (NaOH) önemli ölçüde azalır ve yerel olarak paslanmaz çeliklerde pasif oksit tabakaları ilerleyebilir.Bir kez başlatılan, pitler, kar yağışları yoğunlaşır, özellikle de sert, dar boşluklar oluşturur.

Stresli Teşekkkür (SCC)

Hidroziğe göre SCC, belirli koşullar altında meydana gelir, ancak katustik boşlukların varlığı (örneğin NaOH), yüksek basınç stresleri ve mikro yapılarının hassas kontrolüne dayanır ve çatlakların gerilmesi veya çözümün kullanılmasının strese bağlı olarak görülür.

Intergranular Attack

Intergranular saldırısı (IGA), sıvı sınırları boyunca tercih edilen bir korozyon modudur, genellikle yüksek hacimli sodyumun düşük olduğu için kromatyumun tükenmesi ile sonuçlanır, ancak malzeme yanlış bir şekilde ısıtılırsa önemli olur. IGA materyali zayıflayabilir ve yüksek hacimli sodyumda çatlakların bozulmasına yol açabilir.

Mass Transfer Phenomena: Carburization and Decarburization

Çimento soğutmalı FBR'lerde en karmaşık korozyon sorunlarının biri, yüzey sertliği ve sertliği arasındaki karbon geçişidir, bu da malzemenin sertleştirilmesi, betonun veya oksijenin temizlenmesi, betonun temizlenmesi veya karbon transferinin değiştirilmesi gibi karbon aktivitesinin bozulmasına bağlıdır.

Örneğin, bir reaktörün sıcak bacağı (550-600 °C), ferritik çelikler, niobium, titanyum) çelikte ağır embrittlemente neden olabilir.

Anahtar Faktörler Emisyon Oranları

Çeşitli ilgili faktörler, sıvı-sodium ortamında korozyonun ciddiyetini belirler. Bu faktörleri anlamak, kabul edilebilir korozyon marjları ile reaktörlerin tasarımını yapmak için önemlidir.

Sıcaklık Sıcaklık

Ultrasonik artışta korozyon oranları sıcaklıkla, bir Arrhenius tipi bir ilişki sonrasında. 50 °C artış, FBR çekirdekleri yüksek sıcaklıklarda (örneğin 500-650 °C) çalıştırıldığından ve yerel aşırı sıcaklıktan kaçınan ısınıyor.

sodyum

Metal olmayan boşlukların konsantrasyonu - özellikle oksijen, hidrojen, karbon ve azot - metal arayüzüne derin bir etkiye sahiptir. Oksijen, milyon başına birkaç parça kadar düşük, üniformalı dissiyon ve çukurlar teşvik eder. oksijen formlarını azaltır Na2O, bu da çelik yüzeyi oksitleyebilir ve sonra da oksijeni metal arayüzüne etkili bir şekilde taşıyabilir.

Akış Velocity ve Turbulence

Yüksek sodyum akış oranları, metal yüzeyinden uzaktaki türlerin kütle transferini arttırır, daha yüksek bir konsantrasyon seviyesi sağlar ve böylece dissolution.Turbulence ayrıca erode koruyucu oksit ölçekleri veya korozyon ürün katmanları da artırabilir. yüksek hız bölgelerinde, pompa yırtıcıları ve keskin virajlar gibi, erozyon-küreseller bu tür koşullardan kaçınmak için akış ve bileşen geometrilerini dikkatlice seçebilirler.

Malzeme Kompozisyon ve Mikroyapım

Farklı alaşımlar sodyum'da çok farklı korozyon direnci sergiliyor. Nickel, sodyum'da nispeten yüksek çözünürlükte, bu yüzden yüksek nikel içeriği ile alaşımlar (örneğin, Inconel 718), düşük boyutlu, precipitate dağıtım ve özellikle oksijen sıkıntısı nedeniyle daha yüksek miktardaki düşük basınç kaybı göstermeye eğilimlidir.

Korozyon için Stratejiler

Birçok mühendislik yaklaşımları, sodyum soğutmalı FBR'lerde korozyonla mücadele etmek, malzeme seçimi, çevresel kontrol ve tasarım optimizasyonu ile gelişmiştir.

Malzeme Seçimi

Yapısal malzemelerin seçimi, iyi korozyon direnci, kumaş kabiliyeti ve yüksek sıcaklık gücü nedeniyle yaygın olarak kullanılır - daha talep edilen uygulamalar için - yakıt kriketleri ve çekirdekli içler gibi - paslanmaz çelikler - 316L (N) ve tip 304L (N) ve tipte %9-12 daha fazla Crritik / çelikler (örneğin, T91, E911), ve nikel bazlı çelikler, yüksek çözünürlükte gelişmiştir.

Koruyucu Kaplamalar

Yüzey kaplamaları ek bir bariyer sağlar. Aluminide kaplamalar, çimento veya kimyasal buhar ayrıştırma ile oluşturulan ve kontrollü yüzeylerde korozyonu büyük ölçüde azaltan stabil Al2O3 katmanı oluşturur.

Çevre Kontrolü

ultra yüksek saf sodyum korumak belki de en etkili tek mitigation ölçümdür. Soğuk tuzaklar, 100-120 °C'de oksijen ve karbon konsantrasyonlarını daha fazla azaltmak için kullanılır.

Ayrıca, sodyumdaki oksijen ve karbon kimyasal aktivite elektrokimyasal sensörler (örneğin, yttria-stabilized zirconia) Sürekli izleme, saflaştırma sisteminin erken tespitini sağlar ve zamanında ayarlamasını sağlar.Bu özellikle de başlangıç ve kapanma sırasında önemlidir.

Tasarım

Rektör tasarımcılar, mümkün olan sistem sıcaklığını azaltarak korozyonu azaltabilir - örneğin, ısı değiştiricileri ısı diferansiyellerini azaltmak için daha yüksek bir yüzey alanı kullanarak. Flow velocities genellikle 10 m /s'ı limit-kampiyonunu sınırlandırmak için tutulurlar.

Bir başka tasarım stratejisi, birincil (radioaktif) sodyumu buhar jeneratörlerinden izole eden ikincil bir sodyum döngüsünin kullanımıdır. Bu sadece sodyum-su reaksiyonu önler, ancak ikincil döngünün farklı bir sodyum kimyası (örneğin, daha düşük oksijen içeriği) korozyon kontrolü için optimize edilmesine izin verir. Tüm hızlı yetiştirici reaktörler bu iki-loop veya üç-loop konfigürasyonunu çalıştırır.

Mevcut Araştırma ve Gelecek Yollar

Başarılı bir operasyona rağmen ([[DÜ:0)IAEA hızlı reaktör veritabanı[Dönetici: 1) 20'den fazla deneysel ve prototip FBR'ye listeler) korozyon, yüksek işletme sıcaklıkları ve daha uzun yakıt çevrimleri için sınırlı bir faktör olmaya devam ediyor: Araştırma birkaç alanda devam ediyor:

Sonraki -Generation Alloys

Çabalar, korozyona karşı direnebilecek şekilde, gereksiz yere çeliklere dayanabilecek şekilde gelişmekte olan alaşımlara odaklanmıştır ve bu malzemeler, FLT gibi araştırma merkezlerinde değerlendirilmektedir.

C ⁇ Modeling

Gelişmiş modeller - hesaplamalı sıvı dinamikleri (CFD) termodinamik ve korozyon kinetiği ile - uzun vadeli korozyonu gerçekçi akış ve sıcaklık koşulları altında tahmin etmek için geliştirilmektedir. Bu modeller soğuk tuzakların yerini optimize edebilir, tahmin edilebilir kullanım aralıkları ve kılavuzluk testleri.

In-Service Muayenesi ve İzleme

Çünkü sodyum tıkanmış ve son derece reaktif, geleneksel görsel inceleme imkansızdır. Metalik ultrasonik ve eddy-bineli muayene sistemleri, submerged sodyum'da çalışan bazı reaktörlerde desteklenmektedir.

Gelişmiş Purification Teknikleri

Elektrokimyasal toplayıcı, gelişmiş ısı değiştirici tasarımları ile soğuk tuzaklar ve karbon bileşiklerin membran temelli ayrılması soruşturma altında. Hedef düşük parçalar-milli-milli seviyeye kadar, neredeyse tamamen ortadan kaldırılması ve düzgün bir şekilde dağıtılması bekleniyor.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Hidro-soğuk hızlı yetiştirici reaktörlerde malzeme korozyonu, doğrudan reaktör güvenliğini, ekonomiyi ve operasyonel yaşamdaki çok yönlü bir meydan okumadır.Demokratlı bir şekilde, sodyum saf saflığı kontrolü ve akıllı tasarım sayesinde, nükleer endüstri mevcut FBR'lerde korozyonu başarıyla başardı, ancak daha yüksek sıcaklıklar için büyüme, daha uzun yakıt döngüleri ve ekonomik rekabet, malzemelerde yenilik ve izleme konularında devam etti.