Zašto aluminijum odgovara komponentama nuklearnog reaktora
Aluminij zarađuje svoje mjesto u nuklearnom inženjeringu jer jedva ometa neutronsku ekonomiju. Njegov presjek apsorpcije termalnih neutrona- je oko 0,23 barna, red veličine ispod nehrđajućeg čelika, tako da tanke aluminijumske strukture mogu stajati blizu jezgra bez nametanja velike kazne reaktivnosti. Metal je takođe odličan provodnik toplote sa otprilike 237 W/mK, što pomaže u prenošenju toplote sa goriva na rashladnu tečnost bez strmih temperaturnih gradijenta.
neutronika:niska parazitska apsorpcija drži istraživačke i ispitne reaktore kritičnim uz manje fisijskih inventara.
Termičke performanse:visoka provodljivost ograničava temperaturu središnje linije goriva i površine obloge.
Rukovanje:gustina od 2,70 g/cm3 čini -okove, držače i štitove lakim za pomicanje i postavljanje.
Izrada:aluminijum se može ekstrudirati, valjati i mašinski obrađivati u kanale sa tankim-zidovima i složene držače meta.
Cijena:Aluminijske komponente koštaju daleko manje od cirkonijumskih ili titanijskih ekvivalenata.
Ove prednosti su ograničene temperaturom. Legure aluminijuma počinju da gube čvrstoću iznad oko 150 stepeni, a metal se topi na 660 stepeni, tako da je aluminijum materijal za istraživačke reaktore, ispitne petlje, zaštitne i eksperimentalne objekte, a ne za komercijalna jezgra energetskih reaktora.
Oblaganje goriva u istraživačkim i ispitnim reaktorima
Aluminijska obloga ostaje standard za pločaste-tipove i disperzijske gorive elemente. Uranijum-aluminijum ili uranijum silicidno gorivo meso se kotrlja-veže između pokrivnih ploča od legure aluminijuma, a gotovi element se sklapa u kutiju ili kanal u zavisnosti od dizajna reaktora. Obloga izoluje gorivo od rashladne tečnosti, zadržava produkte fisije i obezbeđuje strukturnu površinu preko koje teče rashladno sredstvo.
| Legura | Tipična forma | Funkcija u jezgru |
|---|---|---|
| 1100 | Rolovana ploča i lim | Nisko{0}}oblaganje sa niskom temperaturom, hardver niske aktivacije |
| 6061-T6 | Ekstruzije i ploča | Strukturne komponente, okviri gorivnih elemenata, cijevi |
| 5052 | List i cijev | Cevi za rashladnu tečnost, rezervoari, opšta izrada |
| Al-Ni{1}}Fe ocjene | Valjana cijev i ploča | Obloga za uslove ispitivanja na višim{0}temperaturama |
| Sinterovani aluminijum u prahu | Presovana šipka i cijev | Komponente visoko{0}}temperaturne disperzije{1}}komponente |
Integritet obloge ovisi o hemiji vode koliko i o izboru legure. pH tečnosti za hlađenje, provodljivost i rastvoreni kiseonik se drže unutar uskih traka kako bi se zaštitni oksidni film održao stabilnim i sprečio napad rupa na aluminijumskoj površini.
Granice i načini kvara u službi zračenja
Pod fluksom brzih neutrona aluminijum trpi rast zračenja, bubrenje i stvrdnjavanje. Bubrenje postaje mjerljivo pri visokom fluensu, a transmutacija proizvodi silicijum i helijum unutar metala, od kojih oba mijenjaju mehaničko ponašanje. Aluminijum se takođe snažno aktivira u kratkom roku: hvatanje neutrona formira natrijum-24 sa poluživotom od 15 sati, što određuje period raspadanja koji mora proći prije bilo kakvog rada na rukovanju ili održavanju.
Gubitak čvrstoće iznad oko 150 stepeni isključuje aluminijum iz jezgara energetskih reaktora.
Vodena korozija na povišenoj-temperaturi ubrzava se iznad otprilike 200 stepeni osim ako se kemijski sastav vode strogo kontroliše.
Pucanje korozije pod naprezanjem moguće je u vlažnim sredinama gdje su zaostala naprezanja visoka.
Legure cirkonijuma istiskuju aluminijum tamo gde je potrebna viša radna temperatura i dug životni vek goriva.
Objekti za skladištenje, zaštitu i istraživanje otpada
U upravljanju otpadom, aluminijum je koristan privremeni materijal, ali dugoročan-zahtjevan. Mokro okruženje za skladištenje potiče koroziju i povezano stvaranje vodonika, čime se mora upravljati u zatvorenim kontejnerima. Legiranje, eloksiranje ili premazivanje se obično koriste za povećanje izdržljivosti, a nehrđajući čelik ostaje referentni materijal za dugoročna-paketa za geološko odlaganje.
Za zaštitu, aluminijum se kombinuje sa jedinjenjima koja sadrže bor-, kao što je karbid bora, da apsorbuje neutrone uz održavanje niske težine, a obložen je olovom ili betonom gde je potrebno gama slabljenje. Obradivost omogućava da se geometrija oklopa uskladi s rasporedom detektora i snopovima, a niska magnetna permeabilnost izbjegava ometanje magnetnih sistema u instalacijama akceleratora i snopa. Aluminij visoke -čistoće se također koristi za okvire instrumenata za raspršivanje neutrona i podršku detektora gdje bi kontaminacija poremetila mjerenje.
Stavljanje van pogona i oporavak metala
Kada se istraživački reaktor ili ispitna petlja povuku iz upotrebe, aluminijumske komponente se drže radi raspadanja kratkotrajnih-proizvoda za aktivaciju, a zatim se karakterizira radiološki pregled prije puštanja u promet. Nisko-materijal se može rastopiti i preraditi za ograničenu ponovnu upotrebu kao što su zaštitni blokovi, dok kontaminirane frakcije idu na licencirane puteve radioaktivnog otpada. Stope oporavka od topljenja iznad 95% su dostižne za čisti otpad, a ovdje se primjenjuje ista disciplina segregacije legure koja se koristi u konvencionalnom recikliranju.
Često postavljana pitanja
P: Zašto se aluminijum koristi u komponentama nuklearnog reaktora?
Njegov poprečni presjek niske apsorpcije neutrona-minimizira smetnje u lančanoj reakciji, njegova visoka toplotna provodljivost poboljšava prijenos topline, a mala težina pojednostavljuje rukovanje u-okvirima i unutrašnjim dijelovima.
P: Da li se aluminijum koristi kao obloga za nuklearno gorivo?
Da, ali uglavnom u istraživačkim i ispitnim reaktorima. Gorivo sa rolnama-vezanim aluminijumom-obloženim pločama dominira tim objektima jer je isplativo-i radi znatno ispod oko 200 stepeni.
P: Koji su izazovi aluminijuma u skladištenju nuklearnog otpada?
Vlaga potiče koroziju i stvaranje vodonika unutar zatvorenih kontejnera, a dugotrajna{0}}trajnost je manje dokazana od nehrđajućeg čelika, tako da su premazi ili odabir legure potrebni za privremeno skladištenje.
P: Kako aluminijum radi u nuklearnoj zaštiti?
Umjerena gustina u kombinaciji sa dodacima bora čini ga efikasnim za zaštitu od neutrona, dok je slojevit olovom ili betonom za gama slabljenje i mašinski obrađen u prilagođene geometrije oko detektora.
P: Zašto se aluminijum visoke{0}}čistoće koristi u istraživačkim ustanovama?
Niska aktivacija i zanemarljiva magnetna interferencija sprečavaju komponente beamline-a, okvire instrumenata i držače meta od ometanja eksperimenata raspršivanja neutrona ili magnetnih sistema.
P: Koje su legure aluminija uobičajene u nuklearnom radu?
1100 za nisko-oblaganje na niskim temperaturama, 6061-T6 za strukturne komponente, 5052 za cijevi i rezervoare, Al-Ni-Fe razredi za toplije uslove ispitivanja i sinterirani aluminijumski prah gdje je potrebna disperziona čvrstoća.
