Việc theo đuổi sự an toàn tăng cường và tuổi thọ hoạt động trong lò phản ứng hạt nhân đã thúc đẩy sự quan tâm đến các vật liệu tự chữa lành có thể tự động phát hiện và sửa chữa những tổn hại do bức xạ, xe đạp nhiệt, và sự căng thẳng cơ học, giảm nhu cầu bảo trì và ngăn chặn các thất bại thảm họa trong giai đoạn phát triển các vật liệu tự cải thiện an toàn cung cấp một con đường hứa hẹn hướng tới các hệ thống hạt nhân bền vững hơn. bài này đánh giá khả năng tích hợp các vật liệu đó vào môi trường lò phản ứng, xem xét các loại, cơ chế, thử thách và biên giới nghiên cứu.

Hiểu được những vật liệu tự chữa lành trong môi trường hạt nhân

Các vật liệu tự chữa lành được thiết kế để phục hồi chức năng hay cấu trúc của họ sau khi bị tổn thương mà không cần phải can thiệp bên ngoài. được kích thích bởi các quá trình sinh học như chữa lành vết thương hay đông máu, các hệ thống này kết hợp các tác nhân chữa lành, các liên kết chữa lành, hoặc hiệu ứng tự phục hồi hình dạng. trong bối cảnh hạt nhân, vật liệu phải đối mặt với điều kiện cực đoan - bức xạ gamma cao, nhiệt độ từ 300 ° C đến 1000 ° C, và chất làm mát.

Chương trình bao gồm dây ngăn chặn, bọc nhiên liệu, cơ chế điều khiển và hỗ trợ cấu trúc. Sự khác biệt chủ yếu là giữa việc tự chữa lành (nơi mà vật liệu vốn là sự cải cách sau khi bị hư hại) và việc tự chữa lành (nơi có các viên thuốc hoặc mạng mạch máu gắn kết để phát hành các tác nhân chữa lành). Cả hai đều đối mặt với những thách thức đặc biệt khi có sự thẩm thấu và điều kiện động vật liệu cao.

Những loại vật liệu tự chữa lành và cơ khí

Hệ thống đa màu

Trong các tác nhân chữa lành vi mô có ma trận đa năng được nghiên cứu nhất. Khi một chất gây nứt, viên thuốc vỡ, giải phóng đơn sắc để niêm phong khoảng cách. Trong thiết lập hạt nhân, chất lỏng được xem chủ yếu là lớp phủ, chất đóng dấu, và bộ phận tạo điện. Tuy nhiên, khả năng hấp thụ tia phóng xạ và kết nối các vùng quang phổ thấp. Nghiên cứu tại [FL: 0] Phòng thí nghiệm quốc gia [FL1] đã khám phá các dạng bức xạ để ngăn chặn phóng xạ.

Name

Việc tự chữa lành bằng đồ gốm thường dựa trên sự biến đổi giai đoạn (v. d., zirconia) hoặc các phản ứng oxy hóa làm đầy các vết nứt. Chất carbude (SiC) hợp nhất, được dùng trong các khái niệm lò phản ứng tiên tiến, có thể tự chữa lành qua sự hình thành của siloca ở nhiệt độ cao. Một phương pháp khác dùng các lớp phản ứng mở rộng để đóng dấu. Những vật liệu này hứa hẹn cho các thành phần nhiên liệu có thể chứa nhiên liệu và cấu trúc, nhưng cần phải có nhiệt độ cao trong quá trình hoạt động bình thường. [L: 0] [F: 1] [A] Báo cáo kỹ thuật tổng hợp về kỹ thuật trên các lò phản ứng có thể được xuất bản tại các lò phản ứng với các lò phản ứng phức hợp.

Hợp kim kim và vật liệu hình dạng

Kim loại có thể được thiết kế bằng các ống chứa các tác nhân chữa lành dịch (v. d., hợp kim điểm thấp, hoặc với hợp kim điểm hình (SMAs) đóng các vết nứt khi nóng lên. Các ma trận thép và các lò phản ứng hạt nhân, các lò phản ứng thô sơ/ mẫu nhỏ, hay các hợp kim kim kim kim kim đồng niken, có thể gây ra sự hồi phục. Tuy nhiên, chất lượng quang học có thể kết hợp với ma trận nóng và không dùng năng lượng. Tiến bộ [FS] tiến bộ [FS] trong [FS] Bộ xử lý năng lượng [FL]. [FL]

Tự hàn gắn để ngăn chặn các công trình tự phá hoại

Các chất lỏng được sử dụng rộng rãi trong các tòa nhà ngăn chặn hạt nhân, bê tông tự chữa trị sử dụng bào tử vi khuẩn hoặc chất hóa học kết dính canxi để niêm phong các vết nứt.

Những thử thách then chốt ngăn cản việc nhận con nuôi

Sự phóng xạ gây hại cho việc chữa lành cơ khí

Thử thách nghiêm trọng nhất là sự thoái hóa phóng xạ. Nyron và gamma phá vỡ liên kết hóa học trong chất lỏng, vô hiệu hóa chất trong hệ thống ngoại tiết, và tạo ra độ dời nguyên tử trong đồ gốm và kim loại. Các viên thuốc tự chữa lành có thể bị vỡ sớm do sự sưng phóng xạ. Thử nghiệm dưới bức xạ nhiệt độ (dos > 1 dpa) là hiếm nhưng rất quan trọng. Dữ liệu có hạn chế cho hiệu ứng tích hợp lâu dài.

Nhiệt độ cực cao và chu kỳ vận động nhiệt

Nhiệt độ phản ứng khác nhau từ môi trường xung quanh trong khi tắt đến 300–600°C trong lò phản ứng nước ánh sáng và cao hơn trong hệ thống Gen IV. Các tác nhân chữa lành phải ổn định trong phạm vi này. Nhiều chất có chất đặc hóa học nằm dưới 200°C. Cera đòi hỏi nhiệt độ cao để chữa lành, mà có thể không bền bỉ trong các sự kiện ngoài bình thường. Các hợp chất liệu dạng mô phải ổn định trong suốt phạm vi này. Nhiều chất liệu có thể chứa nhiệt độ thấp hơn 200°C.

Tương thích với vật liệu và hệ thống hiện hữu

Các thành phần phản ứng phải tương thích với chất làm mát (nước, kim loại lỏng, khí gas), tính năng phản ứng và sự co giật. Thêm tính năng tự chữa lành có thể thay đổi tính năng điều khiển nhiệt, nơtrit hoặc sức mạnh cơ học. Để làm ngăn chặn nhiên liệu, bất kỳ chất bổ sung nào không cần tăng cường khả năng thu thập xuyên qua chức năng của nơ-ron. Tính năng tăng cường đòi hỏi sự mở rộng của toàn bộ thành phần.

Tin cậy và chứng nhận an toàn

Nền văn hóa an toàn hạt nhân đòi hỏi sự hiệu quả tinh vi, có thể đoán trước. Việc tự chữa lành không nên đưa ra chế độ thất bại hoặc giảm sức mạnh cơ bản. Hiệu quả sửa chữa sau nhiều chu kỳ chữa bệnh thường thấp ([FLT: 0] hướng dẫn [FLT: 1] [FLT:] hiện nay thiếu các vật liệu tự chữa lành, tạo ra rào cản.

Nghiên cứu và nghiên cứu phi công hiện nay

Các đặc vụ hồi phục phóng đại

Các nhà nghiên cứu đang phát triển các ống thông với các tác nhân chữa bệnh vô cơ (v.g., nhựa silicone dựa trên nhựa có tác dụng ngăn bức xạ hơn. kỹ thuật hấp thụ sử dụng vỏ sò có thể cho thấy hứa hẹn. sản xuất thêm các khoang chứa chất lượng chính xác chỉ cho phép giảm lượng vật chất cần thiết.

Kiểm tra In-Simu trong các chương trình nghiên cứu phản ứng

Các chiến dịch phản ứng phát quang tại các cơ sở như máy thử nghiệm cao cấp (ATR) tại INL và máy phản ứng cao tần của bệnh dịch cúm cao (HFIR) tại ORNL đang thử nghiệm vật liệu tự chữa lành dưới dạng nơ-ron. kết quả ban đầu cho các hợp chất SiC cho thấy khả năng chữa trị bị tổn thương dưới tia phóng xạ, nhưng dữ liệu dài hạn đang chờ đợi. sự hợp tác quốc tế thông qua OEC-NEA là dữ liệu tổng hợp.

Mô hình tính toán

Mô hình đa quy mô từ mô phỏng nguyên tử (DFT, MD) đến phân tích yếu tố hữu hạn-- dự đoán động cơ chữa lành, hiệu ứng bức xạ và phục hồi cơ học cơ học. Việc học máy đang tăng tốc phát hiện các hóa học tối ưu. Mô hình như thế là thiết yếu cho việc khởi động ảo trước khi thử nghiệm vật lý.

Những hướng đi trong tương lai và sự yếu đuối

Những phương pháp pha - ri và phân - hóa

Kết hợp nhiều cơ chế chữa lành (v. d., hỗn hợp kim loại với tiểu cầu đồ gốm) có thể vượt qua những giới hạn riêng lẻ. Các cấu trúc phân cấp với khả năng chữa lành có khả năng lập trình tại mức độ tổn thương khác nhau đang được nghiên cứu. Chẳng hạn, một ổ khóa bằng kim loại với các ống nhỏ có những vết nứt và dây dẫn hình mô hình để biến dạng lớn.

Hợp nhất với cặp song sinh kỹ thuật số và điều kiện theo dõi

Các vật liệu tự chữa lành có thể kết hợp với mạng lưới cảm biến phát hiện tổn thương và kích hoạt việc chữa lành (v.v., nóng lên cho SMA).

Ứng dụng gần tiệc tùng và triển khai lõi đầy đủ

Trong thập kỷ tới, việc tự chữa lành cho các ống nước làm mát và ống dẫn ngăn chặn có thể khả thi. Việc bọc nhiên liệu và lõi cần nhiều hơn. Biểu hiện trong các lò phản ứng vật chất và sau đó trong các nguyên mẫu thương mại (v.g., lò phản ứng mô-đun nhỏ, SMRs) rất có thể là có thể. Các cổng ra vào như [FLT: 0] cho thấy sự quan tâm của ngành công nghiệp.

Kết luận

Vật liệu an toàn tự chữa lành giữ tiềm năng biến đổi cho năng lượng hạt nhân, nhưng khả năng xác định được ràng buộc bởi phóng xạ, nhiệt độ, tương thích và sự tiến bộ trong việc chống bức xạ, sản xuất và mô hình đang dần dần thu hẹp khoảng cách. trong khi việc gia tăng khả năng tích hợp ngay lập tức trong hệ thống hạt nhân chính thì khó có thể, sự tích hợp dần thành cấu trúc phụ và các thành phần ngăn chặn có thể xảy ra trong 15–20 năm tới.