Hızlı Breeder Rektörlerinde Sıvı Metal Coolants anlamak

Hızlı yetiştirici reaktörler (FBRs) gelişmiş nükleer teknolojinin bir taş taşı temsil eder, aynı anda enerji üretmeden daha fazla fissile yakıt üretmek için tasarlanmıştır. Operasyonları için merkezi, sıvı metal soğutucular vazgeçilmez bir rol oynarlar.Sudansiyonlar bu kadar su ısıtıcısı ve serinleticiler, bu yüzden nötron yedekleri altında yavaş yavaşlayan ve betonarme yöntemleri içeren bir ortam gerektirir.

Hızlı Breeder Reaktörlerdeki Coolants'ın Temel Rolü

Herhangi bir nükleer reaktörde, soğuk ısı transfer aracı olarak hizmet eder, yakıt montajlarından buhar jeneratörlerine veya doğrudan güç dönüştürme sistemlerine zarar verir. FBR'lerde, serin bir enerjik bir nötron spektrumunu da desteklemeli; çünkü hidrojen içeriği, yavaşlar nötronlar çok etkili. Gazeous soğuk algınlığı sunar, çünkü bu da düşük ısı kapasitesinden muzdarip ve yüksek basınçları gerektirir.

Sıvı Metal Coolants

Birkaç sıvı metal incelendi olsa da, üç tanesi hızlı yetiştirici reaktör uygulamaları için birincil adaylar olarak ortaya çıktı: sodyum, liderlik ve liderlik-bismuth eutectic (LBE) Her biri reaktör tasarımını, güvenliği ve ekonomiyi etkileyen farklı fiziksel ve kimyasal özellikleri var.

sodyum

Sodyum, Fransa Phénix ve Superphénix dahil olmak üzere operasyonel FBR'lerde en yaygın kullanılan sıvı metal soğutucusu ve Japonya'nın Monju. sodyum'si 97.8 °C'nin bir erime noktası ve hatta 883 °C'nin atmosferik bir basınç noktasında, geniş bir sıvı aralığı sağlar.

Bununla birlikte, sodyum su ve hava ile güçlü tepki verir.Su ile iletişim hidrojen gazı ve sodyum hidroxide üretir, bu da koreatif koşullara ve potansiyel patlamalara yol açabilir.Süresel olarak sinir bozucu olan sodyum oksit aerosolleri oluşturur.Bu nedenle, sodyum soğutmalı reaktörler aşındırıcı kapak gazları (tipik olarak argon) ve katı sızıntı tespit sistemleri için çok radyoaktif hale getirir.

Baş ve Baş-Bismuth Eutectic

Lider-olgun hızlı reaktör (LFR) ile birlikte gelişmiş hızlı reaktörler için yenilenen ilgi kazanıyor, çünkü %55'lik hızlı reaktör (LFR) hızının 327.5 °C'ye kıyasla, yüksek miktarda patlama noktası (%49 °C) ve düşük kimyasal reaktivite ile birlikte, yüksek çözünürlükte ısıtılması ve düşük ısıtılması için mükemmel bir artış gösteriyor.

Liderlik tabanlı serinlemelerin başlıca dezavantajı yüksek yoğunluklarıdır (Lad ~11.3 g/cm3, LBE ~10.5 g/cm3), bu da yüksek basınçlı pompa yükleri oluşturmak için kontrollü oksijen konsantrasyonu sağlar.Bu, yüksek sismik tasarım ve dikkatli bir pompa yükleri yönetimi gerektirir. LBE-209, özellikle de yüksek sıcaklıklarda çeliktir, özellikle de oksijen seviyelerinin dikkatli bir şekilde kontrol edilememesi durumunda, korozyon mühendislerin, kontrollü bir oksijen konsantrasyonunu yapısal malzemelerde azaltması gerekir.

Diğer Sıvı Metal Coolants

Araştırma ayrıca sodyum-püyumu (NaK), mercury, galyum ve hatta sıvı lityum. NaK (yoğun ve potasyumun eutectic of sodyum and potasyum) oda sıcaklığında sıvı kalır, bu da başlangıç ve kapanış prosedürlerini basitleştirir, ancak tedavi için çok yüksek bir nötron absorpsiyonelasyonudur. Böylece, Merkür'ün ilk deneysel reaktörlerde kullanılır, ancak şu anda ticari olarak hızlı yetiştiriciler için de kabul edilir.

Sıvı Metal Coolants'in termal-Hydraulic Avantajları

Sıvı metaller, yüksek termal iletkenlik ve serin ısı kapasitesi nedeniyle ısı transferlerini üst düzeye çıkarlar. Bir reaktör çekirdeğinde, yakıt pinlerinden ısı flux 1 MW /m2'yi aşabilir; sıvı metaller bu ısıyı daha basit geometriler ile azaltabilir ve ısı transfer alanı azaltır ve yüksek enerji kesintilerini azaltır ve daha küçük çekirdek hacimlerini azaltır ve yakıt yakmaya karar verir.

Doğal dolaşım başka bir önemli avantajdır. Sıvı metaller büyük termal genişleme katları vardır ve sıcaklık ile olan yoğunluk değişiklikleri düşük akış ve boşlukları bile düşük hızda kullanılabilir.Instepli reaktörler, bu pasif dolaşım, gen IV tasarımlarından ısıyı kaldırabilir.

Neutronics ve Breeding Performansı

Soğuk algınlığının seçimi, bir FBR'nin nötron ekonomisini doğrudan etkiler. İdeal soğutucular hızlı nötronlar için çok düşük bir nötron absorpsiyon kesiti yetiştirmek için çok düşük bir nötron absorpsiyonu katlamamaktadır.

Uygulamada, sodyum soğutmalı FBR'ler 1.2 veya daha yüksek üreme oranları göstermiştir, bu iki özellik, nükleer yakıt döngüsünü kapatmak ve yüksek seviyeli atıklarla elde etmek için gerekli olan sıvı metal soğutucular üretmektedir.

Meydanlar ve Mühendislik Çözümleri

Yararlılarına rağmen, sıvı metal soğutucular FBR'lerin yaygın dağıtımını geciktiren eşsiz mühendislik zorlukları sunar. Bu zorluklar, malzeme uyumluluğu, kimya kontrolü, araçlama, bakım ve güvenlik.

Malzemeler Uyumluluk ve korozyon

FBR işlemine (400-600 °C) karşı dirençli olan sıcaklıklarda, sıvı metaller yapısal alaşımlarla çözülebilir veya tepki verebilirler. Paslanmaz çelikler (örneğin, 316L ve HT-9) genellikle sodyum soğutucularda kullanılır, ancak düşük oksijen seviyelerini korumak için korozyondan korunmalıdır (<10 ppm) ve beton kaplamalar ile beton kaplamalar yapılır.

Kimyasal Reaktivite

Sodyum'in su ve hava ile reaktivite geniş güvenlik sistemleri. Hidrojen soğutmalı FBR'ler hidrojen monitörlerini kullanarak kontrol etmek, algılamak ve sodyum su reaksiyonlarını azaltmak için tasarlanmıştır. Tipik olarak, orta sodyum döngüsü, birincil sodyum buhar sisteminden, LBE'deki boru ve rahatlama valflerini hidrojen nesilden kontrol etmek için temizlemek için temizlemek için ısıtmalıdır.

Pump Design and Instrumentation

Sıvı metal pompalar yüksek sıcaklıklarda çalışmalıdır ve genellikle güçlü radyasyon alanlarının varlığında çalışır. ancak mekanik pompalar ve LBE için daha az verimli hale gelir, aşınma ve bakım sağlar. EM pompalar özel bir pompalar ve mühürler ile çalışır, bazen serin bir şekilde akarnağa sahip olur.

Bakım ve Muayene

Çünkü serinleştirici, sodyum soğutmalı reaktörlerde son derece radyoaktif hale gelir, LBE'deki buharlı bileşenler bakımı daha kolay erişim gerektirir, ancak komplikeli reaktörler rektör ve onarımlarla zorluklar nedeniyle düşük kullanılabilirlik faktörleri vardı.

Güvenlik Stratejileri ve Düzenleme Deneyimleri

Sıvı metal soğutmalı hızlı reaktörlerin güvenliği, onlarca yıllık araştırma ve operasyon yoluyla iyice araştırılmıştır. birincil güvenlik sorunları serin tipte farklıdır.Toyo, büyük tehlike sodyum yangınları ve pozitif serinlemeli boşluk reaktivitesini azaltmak için potansiyel - özellikle büyük SFR'lerde negatif bir kat artış ve özellikle de büyük bir SFR'ler için.

Kurşun ve LBE pozitif boşluk reaktivite katları da var, ancak yüksek kaynarsiyon noktası 1749 °C) ağır kaza koşullarında bile beklenmedik bir reaksiyona neden olabilir. Liderlik soğutmalı reaktörler için ana risk serinletme; elektrikli ısıtıcılar ve çürük ısı kapanma sırasında serinletme. Steam tüpü rupture in lead-cooled sistemler, bir su / reaksiyonu hidrojen üretmesine neden olabilir, ancak tepkisi sodyum su reaksiyonlarından daha yavaş ve daha az enerjiktir.

IAEA'nın güvenlik standartlarını ve Gen IV Uluslararası Forumu'nun güvenlik yönergeleri gibi hızlı reaktörler için uluslararası güvenlik kodları, derinliğe, geniş çaplı kaza önlemleri sağlama konusunda savunmayı vurgular. Birçok FBRs, temel bir erişimli yakıtı temel bir erkantı meydana getirir, kritikliği önler ve fision ürünlerini yasaklamak için yenilenen gazların dikkatini çekmesi için yeniledi.

Mevcut ve Future Developments

Birkaç ülke, BN-600 ve BN-800 sodyum soğutmalı reaktörleri aktif olarak geliştiriyor ve BN-1200M'yi ticari rekabet etmeyi hedefliyor. Hindistan, 2030'da küçük bir sodyum soğutmalı FBR (FBTR) çalışıyor ve 500 MWe Prototype Fast Breeder Reaktör (PFBR) Çin CEFR'yi başlattı.

Başkan için Rusya, BREST-300 liderliğini Sibirya Kimyasal Kombine'de başlattı ve Avrupa Birliği'nin MYRHA projesi (en LBE-cooled hızlandırıcı sistem) başlangıçta LBE'nin soğukkanlı SMR konseptleri, Westinghouse'in LFR'de ve DOE'nun Versatile Test Reaktör (VTR) projesi LBE'nin ilk başta LBE'nin soğukkanlı olarak kabul edildi.

Devam eden araştırmalar gelişmiş yakıtlara (metal alaşımları, nitrit, inert matrix), daha yüksek termal verimlilik elde etmek için yapısal malzemeler (ODS çelikleri, SiC kompozitleri), mevcut FBR'lerde kullanılan Rankine buhar döngüsüne kıyasla daha iyi bir şekilde çalışır ve sürekli olarak basitleştirilmiş güvenlik sistemleri ile ilgili kimyasal sensörlerin geliştirilmesi, ticarileşmenin anahtarı olarak önemlidir.

Sıvı metal soğutucularının potansiyeli elektrik neslinin ötesine uzanır. Yüksek sıcaklık proses ısısını hidrojen üretimi, desalinasyon ve endüstriyel uygulamalar için sağlayabilirler.Onlar, atık yönetimi ve proliferasyon direnci için değerli hale getirirler. İklim hedefleri, sıvı metal soğutma ile hızlı yetiştiricilik yapan reaktörler için yüksek sıcaklık proses ısısını sağlarlar, uranyum kaynaklarını tamamen kullanan ve uzun ömürlü atıkları en aza indirirler.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Sıvı metal soğutucular hızlı yetiştirici reaktörlerin operasyon ve güvenliği için integraldir. Sodyum, liderlik ve liderlik eden her biri, ısıl performans, nötronikler, kimyasal reaktivite ve malzemeler uyumluluk açısından farklı avantajları ve ticaret noktaları sunar.Bir sonraki nesil reaktörler ile daha güçlü bir teknoloji tabanı elde etti, öncü sistemler güvenilir bir şekilde güvenlik ve basitleştirilmiş soğuk kimyaya söz veriyor.