Giriş: Fukushima Imperative for Advanced Materials
Fukushima Daiichi Nükleer Santrali Mart 2011'te meydana gelen felaket olaylar, geleneksel reaktörlerdeki temel zayıflıklar ve onarım stratejilerine maruz kaldı. Deprem ve tsunami, temel erir, hidrojen patlamaları ve yaygın radyoaktif serbest bırakma, geleneksel onarım yöntemlerinin –kırık yerleştirme, çelik kaynak veya cıvatalı bağlantıların – uzun süreli kimyasal erişimi engelledi; bu beton onarım ve onarım alanlarının özelleştirilmesi ve onarımı için gerekli olan temel bir alandır.
Afet ve Yenilikçi Onarım Çözümleri Talepleri
Mart 11 deprem reaktör binalarına acil yapısal hasar verdi, ancak sonraki tsunami daha yıkıcıydı. Deniz sualtı acil servisler, istasyon karaout ve soğutma kaybı. 1, 2 ve 3 aşırı ısıtıldı, hasarlanan binalardan oluşan yüksek betonlar ve hidrojenler, daha sonra da inşaatlarda gerekli olan yüksek miktardaki betonlar için, daha hızlı bir şekilde geri yükleme ve onarımlar için gerekli olan bir şekilde, yüksek çözünürlükte bulunan ve hızlı bir şekilde, yüksek çözünürlükte bulunan bir şekilde inşa edildi.
Nükleer Uygulamalar için Gelişmiş Kompozit Malzemelerin Tipi
Nükleer onarım için gelişmiş kompozitler, havacılık veya otomotiv sektörlerinde kullanılanlar olarak aynı ilkeler üzerinde inşa edilir: yüksek performanslı fiberler, kablolardan gelen ve fiberleri koruyan bir polimer matrisinde gömülüdür. Nükleer-grad kompozitleri, radyasyon toleransı için dikkatli bir seçimdir, düşük outgassing ve uzun vadeli direnç.
Karbon Fiber Betonlu Polimerler (CFRP)
Karbon fiber takviye polimerler yüksek güçlü karbon filamentleri birleştirir (tipik olarak 7-10 μm çapında) bir epoxy, vinyl ester veya cyanate ester reçinesi. CFRP, Fukushima üzerinde güçlü bir şekilde ısıtılır 3,500 MPa ve modüle sahiptir, betonarme katmanlarının yaklaşık olarak 10 katı kadar yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte.
Cam Fiber Donmuş Polimerler (GFRP)
GFRP, E-cam veya S-cam elyaflarını kullanıyor (10-20 μm çapında) bir polimer matrixinde, tipik olarak polyester, vinil esterler veya epoxy. çekme gücü, CFRP'den daha düşükken (yaklaşık 1.500 MPa), GFRP, Fukushima'da, büyük bir kimyasala karşı direnç sunuyor.
Aramid Fiber Kompozitler
Kevlar gibi, yüksek basınçlı güç (yaklaşık 2,700 MPa) ve olağanüstü sertlik, boru hatlarının etrafındaki koruyucular veya arkadan daha düşük bir tabaka olarak, yüksek çözünürlükte elektriksel genişlemeye karşı korunmak için kullanılan yüksek çözünürlükte.
Hibrit Kompozit Sistemleri
Fukushima'daki birçok tamir stratejisi, performansı optimize etmek için tek bir laminata dönüşür. Örneğin, bir hibrit kumaş, 0° ve 90°'ye eksenel ve hoop gücü için, cam ±45°'de, oar direnci için ve bir yüzeysel tabakaya sahiptir. Bu hibrit metaller, daha sonra ısıtımı kullanarak, farklı bir ısıtımı sağlar.
Fukushima Reaktör Onarımlarında Özel Kompozit Uygulamaları
Fukushima'daki kompozit malzemelerin kullanımı, yapısal yükseltmeleri planlayan acil bir yamadan gelişti. Her uygulama radyasyon, sıcaklık, nem ve erişilebilirlik kısıtlamaları için dikkate alınması gereken dikkatli bir mühendislik gerektiriyordu.
Containment Gemi Dondurma
Bu hidrojen patlamalarından sonra, 1-3 birimlerin birincil depoları (PCV) bozulmamış ancak yapısal olarak uzlaşmacıydı. Çelik kabuklar, 0,5 MPa (5) ve çevre betonu kapatmaya yardımcı oldu. Daha sonra robotların bütünlüğünü geri yüklemesine izin vermek için, işçiler tüm vücutları kontrol altına alındı ve diğer ölçümlerde bulunan sabit bir şekilde sabitlenmiş olan kontrol sistemi ile birlikte sabitlenmiş durumda kaldı.
Spent Yakıt Havuz Lining ve Shielding
Sisteme bağlı olarak, yüksek çözünürlükte kaynak gerektiren iki çelik takviye ve nötron koruyucusu, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte iki katına çıkar.Demokratlı bir şekilde kontrol edilen bir çiftlik panelinde, iki yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yapılan bir kontrol panelinde, yüksek çözünürlükte yapılan bir şekilde yapılır.
Piping ve Yapısal Destek Sistemleri
Soğutma suyu, havalandırma ve Fukushima'daki borular depreme bağlı bileşik çatlaklardan muzdaripti, deniz suyu ve buhardan korozyon ve kumar makinesinden kaynaklanan embrittlement, erişim kısıtlamaları ve doz oranları nedeniyle birçok durumda imkansızdı. Örneğin, 1 mm'lik bir çelik boru hattını dolduran bir cam tüplü tüplü tüplü bir tüplü tüplü tüplü tüplülüğün yüksek ısıtılması için bir çelik boru hattını kapatarak, bir tel örgüsü ile boyandı.
Robotik Sistemlerle Uzak Tesis Teknikleri
Yüksek çözünürlüklü bölgeler, kompozit uygulama için robotik sistemler geliştirmek için mühendisler zorladılar. En önemli olan, birim 2'de kullanılan özel bir “Compositron” manipülatörüdür. Bu, 6DOF'nin onarımı ile birlikte, robotun 3 saat içinde önbellekli bir seansta, bilgisayar destekli bir robotun, daha sonra da entegre edilmiş bir dekorasyona sahip olduğu diğer LED tasarımların onarımı için kullanılan bir robotun kullanılmasıdır.
Cracks ve Eleştirmenleri
Beton katlarında ve duvarlar Fukushima'da büyük miktarda kirlenmiş su hacmine katkıda bulundu (şimdiye kadar 1 milyon metreye kadar) Bu sızıntıları, daha fazla beton kirliliğini önlemek için daha fazla dirençli beton oluşturmak için bir öncelikti.Daha büyük boşluklar için, yüksek nem miktarı ve kimyasal saldırı için iyi bir şekilde başarısız oldu.
Nükleer Çevrelerdeki Gelişmiş Kompozitlerin Anahtar Avantajları
Fukushima'daki kompozitlerin benimsenmesi geleneksel malzemeler üzerinde ölçülebilir avantajlar tarafından yönlendirildi, laboratuvar testleri ve saha deneyimi aracılığıyla doğrulandı. Bu avantajlar lojistik, güvenlik ve yaşam döngüsü maliyetlerine genişletildi.
Yüksek Güç Güçlü Sekiz Oran ve Yapısal Dürüstlüğün
CFRP'nin özel gücü, yaklaşık 1.500 kN·m /kg'ı aşabilir ve zaten hasarlı yapılara kıyasla, beton sütunlarının bileşik sınırları iki kuvvet ve iyonik bir şekilde artırabilir: CFRP laminatı aktif bir dahaki baskıyı değiştirebilir, betonun başarısızlık modundan kolayca geçişe kadar uzanan bir sütun için elektriksel yükleri azaltır.
Korozyon ve Kimyasal Direniş
Polimer kompozitlerin polimer matrisi, su için imkansız bir bariyer olarak hareket eder, oksijen ve metallerde korozyona neden olan iyonik türler. Yüksek çözünürlükte, Fukushima'nın kontraksiyonel koşulları optimize edilebilir: vinil asit ve dekontaminasyon ajanlar sağlar; epoxy formülasyonları, 10 yıllık immersion sırasında ölçülebilir bir korozyona neden olur.
Tasarım Flexability ve Tailored Donment
Kompozit kumaşlar karmaşık geometriler ve stres alanlarıyla eşleşmek için kesilebilir ve yönlendirilebilir. Fukushima'da mühendisler, 3D lazer taramaları hasarlı alanların yüzey modellerini oluşturmak için kullanıldı, sonra otomatik kesme makineleri, tam olarak çelik veya beton ile donatılmış kumaş şekilleri üretmek için tasarlanmıştır: bir hear-inated bölge için, yüksek aksiyel yük ile bir alan için, 0°/90° katmanların yeni çatlakları eklenerek yeni çatlakları eklemeye izin verir.
Ease of Supply ve Reduced Worker Exposure
Kompozit onarımın her yönü - uygulama için ulaşımdan - bir statik nozulasyon işçi radyasyonu dozu ile karıştırılan tek bir rulo (30 kg), çelik plakalı işçiler, el çantasında bulunan ve manuel olarak kullanılan iki kartlı makinelere sahip olan taşıma risklerini azaltır.Dörtlü bir torbada, yüksek çözünürlükte yapılan ölçümler için gerekli olan ölçümler için kullanılan betonun yüksek dozda % 80 oranında azaltılır.
Nükleer Onarımlar için Kompozitler Kullanılmasında Meydanlar
Bu avantajlarına rağmen, kompozitler evrensel bir çözüm değildir. Fukushima deneyimi daha geniş nükleer dağıtım için ele alınması gereken birkaç teknik ve düzenleyici zorluk vurguladı.
Radyasyonun Indüktör
Gamma ve nötron irradiasyon, polimer matrixte çapraz bağlantı ve zincirleme neden olur, embrittlement'a liderlik eder, interlaminar hear gücü (ILSS), ve mikroküresel hızlarda 10 MGy'nin üzerindeki dozlarda, tipik epoxies 2 ömür boyu güvenlik faktörüyle birlikte tasarlanır, nano-parçacıklı bir test için daha az çözünürlükte bulunur.
Uzun Süreli Durability ve Aging
Radyasyonun ötesinde, kompozitler çevresel strese karşı çıkıyor: nezorun (örneğin, epoxies'te ağırlık ile% 2'ye kadar), ısınıcı (10°C'den 60°C'ye kadar) ve sürekli yük altından sonra 30 yıllık bir hizmet ömrüne sahip oluyor.Fangdaklık ısıtımı kontrol etmek için yapılan ölçümler, %15'ten fazla teste yol açıyor.
Yüksek performanslı Performans
Yakın reaktör basıncı gemileri veya buhar ve ilaçlar, Tg'nin aşabileceği 150 °C'yi aşabilir.De Fukushima, ısı transfer kapasitesinin yüksek olması için, yüksek çözünürlükte kullanılan bir optik tabakaya bağlı olarak, yüksek çözünürlükte 100 °C'ye dayanabilen ısıtılmış silikonlu yüzeylerde yüksek çözünürlükte bulunan ısınmış ısıtılır.
Yangın ve Flammability Riskleri
Polimer kompozitleri yanmayı destekleyebilir ve hidrojenin bir araya gelebileceği nükleer bir bitkide, bu, Fukushima'daki tüm kompozit onarımlar, yangın koruması için 5 mm seramik fiber battaniye ve paslanmaz çelik bir ağla karşı karşıyaydı (Class A2 veya daha iyi). Araştırmanın aktif bir alanı, alüminyum trihidrat veya intumsan kaplamalar kullanılıyor.
Düzenleme ve Kazanılan Derece
Nükleer düzenleyiciler tasarım ömrünün üzerinde kanıtlanmış performans gerektirir, belirli bir ortam için kompozit sistemin (örneğin, radyasyon, sıcaklık, kimyasal), (2) tam ölçekli komplikeli yükler altında test edilen ve 2016 yılında yayınlanan nitelikli bir prosedür ve personel için kılavuzluk.The Unit 3, a full-scale field (örneğin, Mühendislik Merkezi'nde yapılan bir onay sistemi ile birlikte) tam zamanlı olarak yapılan bir incelemede, 3.
Future Path and Ongoing Research
Fukushima'dan gelen dersler dünya çapında kompozit malzemeler araştırmalarını hızlandırıyor. Birçok umut verici yol hükümet ve üniversite laboratuarlarında takip ediliyor.
Kendi kendini kınayan Kompozitler
Radyasyon veya mekanik yüklemeden gelen Microcracks zamanla ortaya çıkabilir, kompozit bütünlüğün güçlendirilmesini ve bileşiklerin mikrokapsules (-200 μm çapında) sıvı şifa aracı ile dolu, örneğin, elektrolitli hearın% 80'ini yükselterek, kırık radyasyona maruz kalan 10 MGk'lik bir dozda, yüzeyde sabitlenen yüzeyde sabit bir şekilde sabitlenen milyonlarca onarım alanına odaklanır.
NanoEnhanced Malzemeler
Karbon nanotüpleri (CNTs), grafik nanotüpler veya nano boyutlu silikatların reçineye eklenmesi, radyasyon direncini ve ısı iletkenliğini ve sertliğini önemli ölçüde artırabilir. Örneğin, Japonya Atom Enerji Araştırma Enstitüsü'ndeki araştırmacılar, bu iki katın altında daha pahalı bir şekilde depolanabilir ve daha pahalı bir şekilde ısıtılabilir olan nano-parçacıkları azaltmaktadır.
Bio-Inspired Composite Designs
Doğacılar zor bir 2020 için modeller sağlar, hasara bağlı materyaller. Nacre (bir tane inci) bir tuğla-ve-mortarık tabletlerin yüksek sertlikle bağlandığı halde, yüksek sertlikte kullanılan bir sercre-mimetici kompozitler kullanarak, bir silikon matriksiyonun kırıklığı ile karşı karşıya kaldığı bir diğer biyo-parçacık tasarıma ulaşır.
Dijital Twins ve Durum İzleme
On yıllar boyunca kompozit onarımların yaşlanmasını yönetmek için, dijital ikizler, sensör verilerini fizik tabanlı simülasyonlarla entegre eden bir şekilde geliştirilmektedir. Fukushima'da FBG sensörleri, temsilci konumlarında kompozit katmanlarda gömülüdür. Bu sensörler sıcaklık, su ve göreceli nem. Veriler, matrixteki bir sabit noktaya kadar ilerleyici bir modelin güncellendiği merkezi bir veritabanına iletilir.
Dış Referanslar ve Daha Fazla Okuma
- [0]TEPCO Fukushima Daiichi için Plan ([Dönetici: 1) - onarım teknolojileri ve ilerleme hakkında resmi güncellemeler.
- [FONT:0] Fukushima Daiichi Kazası Hakkında Rapor) – kapsamlı teknik değerlendirme ve materyal düşünceler.
- [FONT=0)Sahra of Nuclear Science and Technology: Nükleer Onarımda Kompozit Uygulamalar[Dönetici: 1) – CFRP üzerindeki radyasyon etkileri üzerine yapılan araştırmalar.
- [FONT:0) Nükleer Kompozit Malzemeler Üzerine BilimDoğru Konuları) – Nükleer kullanım için gelişmiş kompozitler üzerine araştırma makaleleri koleksiyonu.
- [FONT:0)Nuclear Regulation Authority Japonya) – Nükleer tesislerde kompozit onarımlar için düzenleyici çerçeve ve güvenlik yorumları.
Nükleer Dekommisyon Üzerine Kompozitlerin Son Etkisi
Fukushima kazası, nükleer tamir malzemelerinde bir dönüşüme maruz kaldı. Gelişmiş kompozitler, başlangıçta geçici bir şekilde yeniden işleme tesisi olarak görüldü. Yüksek performans kombinasyonu, düşük ağırlık ve korozyon direncinin herhangi bir geleneksel materyal tarafından karşılaştırılabilir.Kendi kendine özgü yeni araştırmalar, yeni kodlar ve yeni yetenekler, ve daha önce dezenfekte edilen kompozitler için, kompozitlerin rolü, yüksek performansla yeniden işlenebilir, daha verimli bir şekilde yeniden inşa edilebilir.