Hızlı Breeder Reaktörler ve Gelişmiş Nükleer Malzeme Geliştirme
Hızlı yetiştirici reaktörler (FBRs) nükleer enerji teknolojisinde önemli bir ilerlemeyi temsil ediyor, uzun ömürlü atıkları azaltırken nükleer yakıtın kullanılabilir ömrünü dramatik bir şekilde uzatarak, bu eşsiz enerji reaktörleri aksine, FBR'ler yalnızca nadir uranyum-235 isotope'yi yakıyor, hızlı yetiştiriciler bol miktarda uranyum-238'i fissile plutonyum-239'u – verimli bir şekilde üretime dönüştürüyorlar. Bu eşsiz kapasite, nükleer malzemelerdeki paralel yenilikleri tüketmiş gibi, yüksek çözünürlükte olan koşulları daha fazla talep eden koşullar altında çalışıyor.
Hızlı Breeder Reaktörler Nedir?
Hızlı bir cins reaktör, hızlı nötronlar kullanarak bir fission zincir reaksiyonu sürdürmek için tasarlanmıştır - yine de bir moderator tarafından yavaşlanmamış. Geleneksel reaktörlerde, su veya grafikte, ortalarda nötronlar ısıtmıyor (yaklaşık 0.025 eV), uranyum-235. FBR'lerde fiziğe olan tepkiyi artırmak, sıvı sodyum, liderlik veya kurşun gibi serin bir şekilde kullanmak.
Bir FBR'nin çekirdeği genellikle plutonium-239 ve uranium-238'in bir karışımını içerir.[Dörtücükler, nano-psile atomlar tarafından yakalanan hızlı nötronlar yayınlar - amplitonyum-238'yi iki beta çürükler aracılığıyla dönüştürür.Bazı tasarımların birleştirilmesine izin verir, sonunda sadece doğal enerji ve diğer tesisleri kullanarak, diğer tüm olanakları kullanarak veya daha fazla yakıt yaratır.
Hızlı reaktörlerin temel termodinamik avantajı yüksek sıcaklıklarda (tipik olarak 500-550 °C) ve atmosferik baskıya yakın olarak yapılandırılabilme yeteneğidir. Bu, ısıtıcılarının% 33'üne kıyasla, enerji su reaktörleri için% 33'e kıyasla, yüksek ısı uygulamaları için işlem olasılığını azaltır.
FBR'lerde Gelişmiş Nükleer Malzemelerin Rolü
Hızlı bir cins reaktörün içindeki aşırı çevre, yapısal malzemeler, cladding ve serin sistemler üzerinde olağanüstü talepler yer almaktadır.Kapör enerjilerin düşük olduğu gibi, FBR çekirdekleri hızlı nötronlar (tipik olarak 10 °D) 10 )) ilerleyici sistemler[Düzücükler, yüksek çözünürlükte, atomlar ve ekstraktatörlerin hasarlarına neden olabilir (örneğin, yüksek çözünürlükte hidrojen gazları ve hidrojen gazlarının miktarı.
Bu zorluklara ulaşmak için, araştırmacılar özellikle FBR uygulamaları için tasarlanmış gelişmiş malzemeler bir set geliştirdiler. Aşağıdaki alt bölümler en kritik malzeme sınıflarını tanımlar.
Core Yapısal Malzeme
reaktör gemisi, temel destek yapıları ve iç bileşenler, yüksek sıcaklıktaki mekanik bütünlüğüne sahip olmalıdır. Erken FBR tasarımları austenitik paslanmaz çelikler (örneğin, 304, 316), ancak bu da şişkinliğe karşı hassastır - yaklaşık 50 dpa. Nickel tabanlı süperalloys gibi, örneğin, WCX'yi kullandı ve Hastelloy X, gelişmiş yüksek sıcaklık sorunları ve pahalıya mal oldu.
Bu nedenle, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte bulunan yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte bulunan yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte bulunan 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 bulunuyor.
Cladding Materials
FBR'de yakıt sıkıştırması aynı anda fission ürünleri içermelidir, yüksek iç gaz basıncına karşı dayanıklıdır ve aynı ODS ferritik çelikleri sadece su reaktörlerinde kullanılan yüksek sıcaklık uygulamaları için idealdir, çünkü yüksek sıcaklık (sodium-suyut reaksiyonları da bir güvenlik endişesi) ile tepki verir.
Coolant Compatability
Soğuk enerjik etkilerin malzeme gereksinimlerine göre en çok çalışan FBR'ler, paslanmaz çeliklerden gelen nikel ve kromatyumu çözünmüş, çünkü mükemmel ısı transfer özellikleri ve düşük nötron modurasyonunu azaltmak için, sodyumdaki oksijen seviyelerinin yüksek oranda su ve hava ile tepki vermesi gerekir, havalimanları ve ısı değiştiricileri oluşturmak için ön-oparmak için paslanmaz çelikler için.
Tarihsel Gelişim ve Global Programlar
Hızlı yetiştirici reaktör kavramı ilk olarak 1950'lerde gösterildi, Amerika Birleşik Devletleri'nin Deneysel Breeder Reaktör I (EBR-I) 1951'de ilk elektrik üretimine ulaştı ve FBR'leri işletti ve her biri bilgi ve reaktör tasarımına katkıda bulundu.
[FONT:0)Fransa), 1974'ten 2009'a kadar Phénix reaktör (250 MWe) işletti ve 1985'ten 1998'e kadar daha büyük Superphénix (1200 MWe) yakıt performansı ve malzeme bozulması konusunda paha biçilmez veriler sağladı.
[FONT=0] Rusya , BN-350'nin Kazakistan'daki BN-600 (1980-günümüz) ve BN-800 (2015–gün) tarafından takip edilen BN-600, Proryv (Break nükleer santralinin bir parçası olarak da gelişmiştir.
[FONT:0]India[DÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜSÜSÜDÜDÜDÜDÜNÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜSÜSÜDÜDÜŞÜNÜŞÜNÜDÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜN
[FONT:0] Japonya[DÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜSTRİYE) Monju reaktörü inşa etti, ancak 1995 ve sonraki siyasi muhalefette bir sodyum sızıntıdan sonra, Japonya'nın araştırma şimdi Japonya'nın sodyum soğutmalı Hızlı Reaktör (JSFR) tasarımı üzerinde yoğunlaştı, 12Cr çelik ve ODS alaşımları gibi gelişmiş malzemelerle entegre edildi.
[FONT:0) Çin) Çin'in Deneysel Hızlı Reaktör (CEFR, 20 MWe) ile 2010 yılında ve BDP'nin inşaat altında aktif olarak gösteri yapan fabrika, SiC/SiC/SiC'yi kullanarak hızla gelişmiştir.
Tüm bu programlar daha önce açıklanan özel malzemelerin gelişimini yönlendirdi. Örneğin, Hindistan'ın PFBR'deki korozyona dayanıklı bir şekilde teşvik edilmesi, geliştirilmiş şişme direnci ile özel olarak belirlenmiş olan paslanmaz çelik (D9 alaşım) benimsenmesine yol açtı.
Radyasyon Hasarı ve Malzeme FBR'lerde Degradasyon
Teknoloji hasarını anlamak ve azaltmak, FBR materyallerin bilimine giden merkezi meydan okumadır. Hızlı nötronlar çarpışma kalibreleri üretiyor, kristal latticede, vacancies ve interstisals. yüksek dozlarda, bu nokta kömürleri boşa harcar ve hidrojen üretir, ki bu da yüksek sıcaklıklara neden olabilir.
Bir malzemenin radyasyon hasarına cevabı, kristal yapısı ve kompozisyonuna güçlü bir şekilde bağlıdır.COM metaller (örneğin, silikon gibi austenitik paslanmaz çelikler) BCC metallerinden daha yüksek şişme oranları sergileme eğilimindedir (ferritik/martensitic çelikler) çünkü vacanlar BCC latticeslerinde daha fazla mobildir ve boşluklar oluşturmadan kaçabilir.
Başka bir bozulma mekanizması ise:0)Göçme-indüklenmiş segregasyon[Düzgasyonlar: 1 ), alaşım elemanların radyasyon kaynaklı hataları tercih ettiği için tahıl sınırlarına yeniden dağıtımları ve bu tür tahıl boşlukları azaltabileceği, nanotüplüsyonları azaltabileceği ve toksik etkilerle birlikte, bu etkinin hızlandırılması ve çeşitlileştirici mikropürücüksel özelliklerle yeniden dağıtılmasına neden olabilir.
Radyasyon-Resistant Malzemeleri
ODS çeliklerinin ötesinde, diğer birçok malzeme yenilikleri bir sonraki nesil hızlı reaktörlere kritiktir.
Nano-yapılı Ferritic Alloys (NFAs)
NFAs, ultra-fineoxy nanopartikülleri ile alt sınıf bir ODS çeliktir (2-5 nm) ve yüksek sayıda yoğunluk (10)23[DÜT:2]% 200 dpa ve çekmeden sonra mükemmel bir güç tutar[DÜyetim)[DÜyetim) - 3[DÜyetim) Bu malzemeler geleneksel ODS alaşımlarından daha fazla radyasyon toleransı sergilemektedir. Örneğin, alaşım 14YWT, 200 dpa ve yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlüktedir.
Silikonul Kompozitler (SiC/SiC)
Sürekli silikon fiber-reinforced silikon elyaf kompozitleri, SiC / SiC'nin yapısal bütünlüğü% 0,5'den daha az şişirme olanağına sahipler. Temel engel SiC bileşenleri için güvenilir teknikler geliştirmek ve onu şişirme ve ürpertici gaz salıvermelerine karşı olağanüstü direniş göstermektir.
Rerakter Alaşımlar
Çok yüksek sıcaklık uygulamaları ( 700 °C), düşük sıcaklıklarda ağır embrrittlementler ve sodyumda su veya korozyon gibi refrakter metaller sunar ve TD üstün ürpertici direnç sunar. Ancak, onlar yüksek performanslı ve pahalıya mal olan FBR bileşenleri için de yüksek performanslı embrittlementler sunar ve kontrol oaths ve in-core enstrümantasyona karşı koruyucu kaplamalar gerektirir.
Gelişmiş Kaplama Teknolojileri
Yüzey kaplamaları, FBR bileşenlerini korozyondan korumak ve giymek için geliştirilmektedir.For sodyum-cooled systems, alumina-barten çelikler (AFA) tertemiz veya kimyasal buharlaştırma ile ilgili olarak bilgilendirilir.
Future Prospects and Challenges
Hızlı yetiştirici reaktörlerin geleceği, gelişmiş nükleer malzemelerin başarılı niteliklerine yakın bir şekilde bağlıdır. ODS çelikleri ve SiC/SiC kompozitleri laboratuvardaki testlerde, ticari reaktör koşulları altında davranışları - özellikle de uzun yıllar boyunca operasyon - büyük ölçekli ODS borularının üretimi ve uygun bir maliyetle ilgili olarak, tüm reaktör ekonomilerinin geliştirilmesi gerekir.
Bununla birlikte, birkaç trend olumlu. Bir miktar sıvı ve radyooksisitesi için iten bir yol. [FONT], Fransa, Japonya ve Rusya'nın da böyle döngüleri göstermesi için aktif programları var. Hızlı reaktörler için yakıtlar ve uzun ömürlü eylemler için standartlar geliştiriyor - atık hacmini ve radyooksisitesini azaltmanın bir yolu olarak kazanıyor.
Başka bir umut verici avenue, [FONTS:0]-soğuk hızlı reaktörler (LFRs)) ve [[Dönemli hızlı reaktörler (GFRs) [DDDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜSTRİYE) [DÜSTRİYEC) için ısıtılması, su kirliliğini ortadan kaldırmak ve erozyon sorunlarını ortadan kaldırmak için ısıtmak gerekir.
Son olarak, ODS çeliklerinin ve SiC bileşenlerinin başarılı üretim maliyetlerini azaltıp karmaşık geometrilerin geleneksel yöntemlerle mümkün olamayacağını gösteren birkaç grupla birlikte, bu, ODS çelik parçaların başarılı bir şekilde üretimini lazer yatağı füzyon ile gösteren bir araştırma alanıdır.
Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç
Hızlı yetiştirici reaktörler sürdürülebilir nükleer enerji için dönüştürücü bir teknoloji temsil eder, ancak başarıları hızlı nötronlar, yüksek sıcaklıklar ve sıvı metal soğutucular için agresif ürünlere dayanabilecek malzemelerin geliştirilmesine bağlıdır. Bu malzemeler, son altı yılda, dünyanın dört bir yanındaki prototip ve FBR'lerin çalışmasını sağlamıştır, gelişmiş paslanmaz çeliklerin ve ferritik çeliklerin oksit dağılımına dayanabilmeleri için verimli bir portföyler ve silikon elyaflar.
Önümüzdeki gibi, malzeme bilimi, üretim teknolojisi ve en-reactor testleri, maliyetleri azaltmak ve güvenilirlik geliştirmek için gerekli olacaktır. Rusya, Hindistan ve Çin gibi ülkeler bir sonraki nesil hızlı reaktörlerin dağıtımını yönetiyorlar, uluslararası işbirliği düşük karbonlu enerji kaynaklarını hızlandırıyorken, hızlı yetiştirici reaktörler – nükleer malzemeleri kesmek için – temiz, güvenli ve neredeyse sınırsız enerji tedariki temel alıyor.
Daha fazla okuma için, ESRAT:0) Dünya Nükleer Birliği ) hızlı nötron reaktörleri üzerinde, [[Üyetim IV Uluslararası Forum[DÜye Olmayanlar İçindekiler) ve ESDÜDÜSÜ. Enerji Bölümü).