Zašto aluminij odgovara komponentama nuklearnog reaktora
Aluminij zaslužuje svoje mjesto u nuklearnom inženjerstvu jer se jedva miješa s neutronskom ekonomijom. Njegov presjek apsorpcije termalnih neutrona je oko 0,23 barna, red veličine ispod nehrđajućeg čelika, tako da tanke aluminijske strukture mogu sjediti blizu jezgre bez nametanja velikog smanjenja reaktivnosti. Metal je također izvrstan vodič topline s otprilike 237 W/mK, što pomaže u prijenosu topline s goriva na rashladno sredstvo bez strmih temperaturnih gradijenata.
Neutronika:niska parazitska apsorpcija drži istraživačke i ispitne reaktore kritičnima s manje zaliha fisijskih tvari.
Toplinska izvedba:visoka vodljivost ograničava temperaturu središnje crte goriva i površinske temperature obloge.
Rukovanje:gustoća od 2,70 g/cm3 čini in-opreme za pilote, držače i zaštitu lakima za pomicanje i postavljanje.
Izrada:aluminij se može ekstrudirati, valjati i strojno obrađivati u kanale tankih-stjena i složene držače meta.
Cijena:aluminijske komponente koštaju daleko manje od ekvivalenta cirkonija ili titana.
Ove su prednosti ograničene temperaturom. Aluminijske legure počinju gubiti čvrstoću iznad oko 150 stupnjeva, a metal se topi na 660 stupnjeva, tako da je aluminij materijal za istraživačke reaktore, ispitne petlje, zaštitu i eksperimentalne objekte, a ne za jezgre komercijalnih energetskih reaktora.
Plašt goriva u istraživačkim i ispitnim reaktorima
Aluminijska obloga ostaje standard za ploče-tip i disperzijske gorive elemente. Uran-aluminij ili uranij silicid gorivo se kotrljaju-između pokrovnih ploča od aluminijske legure, a gotovi element se sastavlja u kutiju ili kanal ovisno o dizajnu reaktora. Obloga izolira gorivo od rashladne tekućine, zadržava produkte fisije i osigurava strukturnu površinu preko koje teče rashladna tekućina.
| Legura | Tipičan oblik | Funkcija u jezgri |
|---|---|---|
| 1100 | Valjana ploča i lim | Obloga niske-temperature, hardver niske aktivacije |
| 6061-T6 | Ekstruzije i ploča | Strukturne komponente, okviri gorivih elemenata, cijevi |
| 5052 | Lim i cijev | Cjevovod rashladne tekućine, spremnici, opća proizvodnja |
| Klase Al-Ni-Fe | Valjana cijev i ploča | Obloga za-uvjete ispitivanja na višim temperaturama |
| Sinterirani aluminijski prah | Prešana šipka i cijev | Komponente čvrstoće-raspršivanja-na visokoj temperaturi |
Cjelovitost obloge ovisi o kemiji vode koliko i o izboru legure. pH rashladne tekućine, vodljivost i otopljeni kisik drže se unutar uskih pojaseva kako bi zaštitni oksidni film bio stabilan i kako bi se spriječilo stvaranje rupa na aluminijskoj površini.
Ograničenja i načini kvarova u službi ozračivanja
Pod brzim protokom neutrona aluminij trpi radijacijski rast, bubrenje šupljina i stvrdnjavanje. Bubrenje postaje mjerljivo pri visokoj fluenciji, a transmutacija proizvodi silicij i helij unutar metala, a oba mijenjaju mehaničko ponašanje. Aluminij se također snažno aktivira u kratkom roku: hvatanjem neutrona nastaje natrij-24 s poluživotom od 15 sati, koji određuje razdoblje raspada koje mora proći prije bilo kakvog rukovanja ili radova na održavanju.
Gubitak čvrstoće iznad oko 150 stupnjeva isključuje aluminij iz jezgri energetskih reaktora.
Korozija-vode na povišenoj temperaturi ubrzava se iznad otprilike 200 stupnjeva osim ako se kemijski sastav vode strogo ne kontrolira.
Pukotine uzrokovane naponskom korozijom moguće su u vlažnim okruženjima gdje su zaostala naprezanja visoka.
Legure cirkonija istiskuju aluminij gdje god je potrebna viša radna temperatura i dug životni vijek goriva.
Objekti za skladištenje, zaštitu i istraživanje otpada
U gospodarenju otpadom, aluminij je koristan privremeni materijal, ali zahtjevan dugoročan-. Vlažna skladišna okruženja potiču koroziju i povezano stvaranje vodika, čime se mora upravljati u zatvorenim spremnicima. Legiranje, eloksiranje ili premazivanje obično se koriste za povećanje trajnosti, a nehrđajući čelik ostaje referentni materijal za dugoročne pakete za geološko odlaganje.
Za zaštitu, aluminij se kombinira sa spojevima koji -sadrže bor, kao što je bor karbid, kako bi se apsorbirali neutroni, a da bi se zadržala mala težina, a prekriven je olovom ili betonom gdje je potrebno gama prigušenje. Mogućnost strojne obrade omogućuje usklađivanje geometrije zaštite s rasporedom detektora i otvorima snopa, a niska magnetska propusnost izbjegava ometanje magnetskih sustava u instalacijama akceleratora i snopa. Aluminij visoke -čistoće također se koristi za okvire instrumenata za raspršivanje neutrona i podršku detektora gdje bi kontaminacija iskrivila mjerenje.
Dekomisija i obnavljanje metala
Kada se istraživački reaktor ili testna petlja povuku iz upotrebe, aluminijske komponente se zadržavaju radi raspadanja kratkotrajnih aktivacijskih produkata, a zatim karakteriziraju radiološkim pregledom prije puštanja. Nisko{2}}aktivni materijal može se rastaliti i ponovno lijevati za ograničenu ponovnu upotrebu kao što su zaštitni blokovi, dok kontaminirane frakcije idu na licencirane rute radioaktivnog otpada. Stope iskorištenja taljenjem iznad 95% moguće su postići za čisti otpad, a ovdje se primjenjuje ista disciplina odvajanja legure koja se koristi u konvencionalnom recikliranju.
Često postavljana pitanja
P: Zašto se aluminij koristi u komponentama nuklearnog reaktora?
Njegov poprečni-presjek niske apsorpcije neutrona smanjuje interferenciju s lančanom reakcijom, njegova visoka toplinska vodljivost poboljšava prijenos topline, a njegova mala težina pojednostavljuje rukovanje bušotinama u pilotima i unutarnjim dijelovima.
P: Koristi li se aluminij kao obloga nuklearnog goriva?
Da, ali uglavnom u istraživačkim i ispitnim reaktorima. Gorivo od-aluminijske-obložene ploče dominira tim postrojenjima jer je troškovno-učinkovito i radi znatno ispod oko 200 stupnjeva.
P: Koji su izazovi aluminija u skladištenju nuklearnog otpada?
Vlaga potiče koroziju i stvaranje vodika unutar zatvorenih spremnika, a-dugotrajnost je manje dokazana od nehrđajućeg čelika, pa je za privremeno skladištenje potreban odabir premaza ili legure.
P: Kako aluminij djeluje u nuklearnoj zaštiti?
Umjerena gustoća u kombinaciji s dodacima bora čini ga učinkovitim za zaštitu od neutrona, dok je obložen olovom ili betonom za prigušenje gama i strojno izrađen u prilagođene geometrije oko detektora.
P: Zašto se aluminij visoke-čistoće koristi u istraživačkim objektima?
Niska aktivacija i zanemariva magnetska interferencija sprječavaju komponente linije snopa, okvire instrumenata i držače meta od ometanja eksperimenata raspršenja neutrona ili magnetskih sustava.
P: Koje su aluminijske legure uobičajene u nuklearnom radu?
1100 za niske-temperaturne obloge, 6061-T6 za strukturne komponente, 5052 za cjevovode i spremnike, Al-Ni-Fe razredi za toplije uvjete ispitivanja i sinterirani aluminijski prah gdje je potrebna disperzijska čvrstoća.
