Giriş Giriş Giriş
Malzeme bilimi, daha hızlı mekanik ve çevresel stresler için, malzemeler ve büyümenin performansını ve güvenliğinin arkasındaki kritik bir sürücüdür.Bu makineler, nano yakıt ve diğer uygulamalar için ayrı uranyumunotopes, aşırı mekanik ve çevresel stresler için çalışmasını sağlar. Malzemelerin seçimi doğrudan radyasyon hasarına karşı direnç gösterir ve genel zenginleştirme verimliliğine karşı direnç.
Gaz Centrifuge'in Temelleri
Gaz sentrifuges, uranyumun ağır bir vakumlama ile küçük kütle farkının, uranyum hexafluoride (UF6) gazın çok yüksek hızlarda, genellikle 50.000 ila 100.000 devriminin aralığında, merkezi eksene yakın bir şekilde toplanması gerekir.
Zippe Centrifuge ve Onun Mirası
Modern gaz sentrifuge, 1950'lerde Gernot Zippe tarafından öncülenen tasarımın bir evrimidir. Zippe ’ orijinal makine, bir vakumlu evde iğneye sahip olan hafif alüminyum rotorlu bir iplike sahiptir. alüminyumun her nesil uygun bir güç-to-sigara oranına sahiptir, o zamanlar mevcut yüksek hızlarda ve sıcaklıklara zarar verdi.
Rotor İnşaatı için Malzeme Gereksinimleri
Rotor, bir gaz centrifuge'in en zorlu bileşenidir. Aynı anda katı bir gereklilik seti ile tanışmalıdır:
- [FONT:0) Yüksek özel güç[[Dönetici: 1) yüksek güç-to-silik oranı (malzeme gücü yoğunluğu ile bölünmüş) belirli bir stres için daha hızlı bir rotasyon sağlar.
- [FONT:0) Yüksek yorgunluk direnci[[[Dönemli: 1)) - rotorlar yıllarca sürekli çalışır, çevrimsel sental yüklere tabi ve başlangıç döngüsüne tabi; düşük çevrim ve yüksek döngüsü yorgunluk özellikleri mükemmel olmalıdır.
- [FONT:0)Creep direnişi[[Dönetici: 1 ) - yüksek sıcaklıklarda yüksek strese maruz kalma (genellikle 40-160C) yavaş plastik deformasyona neden olabilir, rotor dengesizliği veya başarısızlıklara yol açabilir.
- [FONT:0)Corrosion direnişi[[DÜT:1] – UF6 gaz kimyasal olarak agresiftir ve hidrolysis tarafından oluşturulan küçük miktarda hidrojen fluoride birçok metal ve alaşıma saldırabilir.
- [FONT:0)Radiasyon direnci[[Dönetici:0)[Dönetici:0))Mataj direnci[[Döneticileri)[Döneticileri ağır bir nötron flux'a maruz kalmamış olsa da, zenginleştirme süreci bozulmamış uranyum kullanır, kumar radyasyonu çürüme ürünleri ve alfa bombaları içindeki hataları etkileyebilir.
- [Düzsel yoğunluklar: 0,0) Düşük yoğunluk[Döneysel: 0,3)[[Döneysel)) - daha hafif rotorlar, taşıma ve baraj sistemleri üzerinde daha düşük yükleri hızlandırmaları için daha az enerji gerektirir.
Tek bir malzeme tüm bu kriterleri mükemmel bir şekilde satisfies yok. Bunun yerine, mühendisler ticaret yapmak, genellikle farklı malzemeleri rotor montajının farklı kısımları için kullanmak: ana tüp, son kapaklar, baffles ve yatak bileşenleri.
Yüksek performanslı Alaşımlar: Çelik ve Superalloys
Modern zenginleştirmede en yaygın kullanılan rotor malzemelerinden biri, 800-2,400 MPa yaşlanma ısı tedavisinden sonra (Düzücü) yüksek çözünürlükte (örneğin, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte (örneğin, yüksek çözünürlükte) yüksek çözünürlükte bulunan çelikler için de yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlüktedir.
Inconel 718 ve René 41 gibi Nickel tabanlı süperalloylar, yüksek sıcaklık ürpertici ve kemanlama dirençlerini maraging çeliklere kıyasla daha sık kullanılan ısı elementinin en sıcak bölgelerinde kullanılırlar.
Kompozit Malzemeler: Karbon Fiber & #8217; Ascent
Karbon fiber takviye polimerleri (CFRPs), çelik (7.8 g/cm3) için dönüştürücü bir malzeme olarak ortaya çıktı. Bu, taşıyıcıların üzerindeki stresi azaltırken yüksek periferik hızlara ulaşmalarını sağlar.
Bununla birlikte, CFRP'lerin sınırları vardır. Onlar anisotropic - onların gücü fiber yönde yoğunlaşır, bu yüzden bakım, cyanate esterler veya bismaleimitleticiler tarafından yönetilir, radyasyon toleransı geliştirir, ancak maliyetle azalır.Bu ticaret-offlara rağmen, çoğu zaman Urift enerjisinde kullanılan gelişmiş parametrelerde kullanılan yüksek çözünürlükte kullanılan PPV ve incelal sistemlerde standarttır.
Seramikler ve Cermets
Yüksek performanslı seramikler, silikon ışıma (SiC) ve alumina (Al2O3) aşırı sert, yüksek sıcaklık stabilitesi ve doğal radyasyon direnci nedeniyle, yüksek performanslı seramikler için araştırılmıştır. Ancak, saçılmaları ve kusurlarına karşı duyarlılıkları onları uygunsuz kılabilir - küçük bir çatlaklar felakete yol açabilir.
Kaplamalar ve Yüzey Tedavisi
Çünkü tek bir malzeme hem büyük güç hem de mükemmel kimyasal / kimyasal / baskı direnci sağlayabilir, kaplamalar senti uzun süre kritik bir rol oynar. Ortak yaklaşımlar şunlardır:
- [FONT:0]Nano yapılı kaplamalar [DLCT:1] - UF6 gibi fiziksel buhar dalı (PVD) veya atom tabaka ayrıştırıcı (ALD), ince titanyum nitrit tabakaları, kromatları veya elmas benzeri karbonlar (DLC) iç rotor yüzeylere uygulanır.
- [FONT:0]Seçsiz nikelfobik fosfor kaplama[Döntilmiş: 1), çelik bileşenlere uygulanan üniforma, sert ve korozyona dayanıklı bir kaplama. Bu, birçok sentrifuge tasarımlarında standart olmuştur.
- [FONT:0]Ceramik termal bariyer kaplamaları[Dönem: 1) - Aklı sıcaklığın gradient veya taşımalarda sürtünmeden yerelleştirilmiş ısıtmayı yönetmek için uygulanır.
Yüzeyin kalitesi, kompozisyonu kadar önemlidir. Bir pin- delik defekt veya bir delaminasyon, en sonunda rotor başarısızlıklarına yol açan temel metali UF6'ya ortaya çıkarabilir. Gelişmiş işlem kontrolü, optik emisyon spektroskopu dahil olmak üzere, kaplama bütünlüğüne yardımcı olur.
Üretim ve Kalite Kontrollerinde İleriler
Malzeme seçimi sadece savaşın yarısıdır; üretim ve kalite güvencesi eşit derecede önemlidir. Saç kurutma makinesi veya CFRP'den yapılmış olsun, normal iyonları veya eklemeleri önlemek için metalik rotorlara eşit derecede katınlar dahil olmak gerekir. FSW ayrıca oturmaz streslerini azaltır.
CFRP rotorları için, filament rüzgar makineleri bilgisayar kontrollü gerginlik ve açılı dikme, tutarlı bir fiber mimarisine sahip. Otomatik ultrasonik inceleme ve X-ray, tomografisi boşlukları tespit etmek için kullanılır, fiber yanlışlık veya delaminasyon. Bu tahrip edici olmayan değerlendirme (NDE) yöntemler bile küçük bir iç kusuru belirgin bir güvenlik sonuçlarıyla artmaya başlayabilir.
Ayrıca, atış peçete (aslında) veya otofretaj (küresel olarak, Borcuzda faydalı sert stresler teşvik etmek için bir çelik rotoru baskıya yol açan) ileri malzemeler ve sofistike üretim süreçlerinin kombinasyonu, 15-25 yıl boyunca erken tasarımlara kıyasla, sadece birkaç yıl boyunca çalıştırılmasına izin verdi.
Verimlilik, Lifespan ve Güvenlik Üzerine Etkisi
Malzeme geliştirmelerinin genel etkisi, her anahtar performans ölçümünün zenginleştirme sentrifuges. maraging çelikten yapılan bir rotor, alüminyumdan yapılan bir taneden birkaç yüz metre daha hızlı bir şekilde azalır, aynı rotorun değiştirilmesine izin verir.
Uzunluk doğrudan malzeme dayanıklılıkına bağlıdır. Modern kaplamalar ve korozyona dayanıklı alaşımlar, 20 yıla veya daha fazla kişiye karşı olan kaynakların hizmet ömrünü uzatmıştır. Bu, fabrika kapatmalarının frekansının iki pahalıya ve prodüktörlerin çoğalmasını azaltır (rotor değişimleri nükleer materyal muhasebesi bozulabilir bir süredir).
Güvenlik avantajları da önemlidir. Güçlü, sert rotorlar, UF6 sızıntılarının riskini azaltacak kadar daha az olasıdır, bu da kimyasal zarar ve aşırı gazın belirli konfigürasyonlara ulaşırsa kritik olaylarda meydana gelir.
Gelecek Yollar Yüzyıllar Için Materyal Bilim Için
Araştırma, ultrabiyülküllerin sınırlarını zorlamaya devam ediyor. Katkıda bulunan yapıtlar ve hatta seramik-matrix kompozitleri, stres akışını ve ağırlığı optimize eden yeni rotor geometrilerini mümkün kılar, geometriler geleneksel işleme ile üretim imkansız hale getirebilir. Örneğin, latti-reinforced iç yapıları, hoop gücü korumak için daha fazla ağırlık azaltabilir.
Kendi malzemelerini, hala büyük ölçüde deneysel olarak, ajanı yorgunluk veya radyasyon nedeniyle mikrokuzarları tamir edebilir.Bir konsept, alüminyum veya magnezyumu yüksek bir seramik parçacıkları veya karbon nanotüple birleştiren metal kortları içerir. Bu, mevcut CFRP'leri aşacak bir dengeyi ve düşük kiloyu doldurabilecek bir denge sunabilir.
Son olarak, uygun titreşim barajı ile ilgili gelişmeler:0)metamalzemeler[DÜT:1) - bu tür malzemeler dağıtımdan uzak durmaya devam eden özellikleri olan mühendisler, uygun titreşim barajı, termal iletkenliği veya hatta zenginleştirme işlemlerinin imzalanmasıyla sente sahip olan yüzdeleri verebilirler.
Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç
Malzeme bilimi, yüksek oranda zenginleştirme sentrifuges'in yıllık gelişiminde sessiz bir ortak olmuştur.Bugünün maraging çelik ve karbon fiber tasarımları, performanstaki her adım, yüksek oranda zenginleştirmenin nasıl yapıldığını, korrosive UF6'nın ve radyasyonun daha güvenli bir şekilde kullanılmasını sağlarken, gelişmiş üretim ve kalite kontrolü, bu malzemenin güvenilir bir şekilde üretilmesini sağlar.