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专栏:耐事故核燃料包壳——核反应堆对材料的苛求

发布时间:2020-03-26  分类:科技新闻  作者:dadiao  浏览:3

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- 01 - 福岛事故图1:衰减热(红色)对反应堆产生的总热量的贡献。- 02 -图2:如果FeCrAl管表面有一层氧化铝膜,它将在高温(300℃)水中溶解,并在此位置形成保护性氧化铬膜。如果FeCrAl管表面有氧化铬膜,并且暴露在事故蒸汽中,氧化铬膜会蒸发并形成氧化铝膜来保护管。因此,与锆合金相比,FeCrAl的寄生中子吸收增加。目前,锆合金的包层厚度接近600米,为了使FeCrAl具有类似的中子吸收,计算的包层厚度应该在300米左右。中子辐照后,FeCrAl中的初始α相沉淀,增加了其脆性。FeCrAl涂层可能比锆合金向冷却剂中释放更多的氚。推荐的解决方案是在管道内部涂上氧化铝。可能的包层材料的腐蚀速率比较阿海珐集团开发的最先进、最成熟的包层解决方案是镀铬M5包层,它由沉积在M5包层管表面的15毫米厚致密铬涂层组成。同样,世界上其他几个机构也在开发涂料,尤其是铬涂料,作为最新的ATC解决方案。电力研究所正在开发钼涂层,而韩国原子能研究所正在研究使用三维激光沉积的铬铝合金涂层。最近的研究表明,抗氧化能力得到了提高。涂层技术的许多变化需要在这一领域进行更多的研究。文献显示,这种空中交通管制仍处于初级阶段。用碳化硅纤维编织或缝合的三维(3D)管被称为管的框架。中间相可以通过化学气相沉积法添加。基体采用化学蒸发浸渗(CVI)或纳米浸渗过渡共晶相(NITE)热压烧结方法添加。内涂层或外涂层可以使用不同的技术添加。复合材料的性能在很大程度上取决于纤维的体积分数和取向。当碳化硅暴露在热水中时,它会慢慢形成二氧化硅保护层,但令人惊讶的是,这种保护层很容易溶解在水中并脱落。这被称为SiC衰退。耐事故包层材料中应包含硅,铝和铬的一种或多种元素,这些元素可形成一层保护性氧化层,提供所需的耐腐蚀性。如果出现加工缺陷,裂变气体可能会从包壳中逸出。尽管进行了广泛的研究,我们离理想的核反应堆包壳材料还有很长的路要走。锆合金一度被认为是理想的材料,但在福岛核电站事故后,人们发现情况并非如此。从工作性能、使用方便性和低成本等方面来看,FeCrAl似乎是最有可能取代锆合金的材料,但关于其高温性能的数据有限,需要引起重视。就这项工作而言,FeCrAl似乎是最有希望取代锆合金的候选材料。其可用性和低成本是显着的,但其高温性能数据有限,需要注意。然而,镀铬锆的可行性需要进一步研究。预计碳化硅/碳化硅复合材料将提供比锆合金更多的益处:它们具有更小的中子吸收截面,通常是化学惰性的,能够承受更高的燃料燃尽和更高的温度,具有优异的固有辐射抗性,没有逐渐的辐射增长,并且具有低辐射诱导活化/低衰减热。此外,碳化硅被认为在核废料中是永久稳定的。- 03 -它们具有更小的中子吸收截面、一般化学惰性、承受更高燃料燃烧和更高温度的能力、优异的抗自然辐射能力、无逐渐辐射增长、低诱发活化/低衰变热。此外,碳化硅被认为在核废料中是永久稳定的。 尽管硅基覆层看起来很有吸引力,但关键的可行性问题,如水热腐蚀、在正常操作条件下由于裂纹导致的裂变气体滞留的潜在损失、燃料性能模拟能力的发展以及高加工成本,都必须得到解决。碳化硅中较低的导热率导致较高的燃料温度和整个覆层中较大的温度梯度,从而导致覆层厚度方向上较大的热应力。尽管碳化硅/碳化硅复合材料被认为是理想的ATC材料,但仍需要大量的研究来克服其目前的局限性。铁铬铝图3:FeCrAl中存在的多种氧化物层,有助于应对LOCA。此时此刻,新型冠状病毒肺炎的突然爆发仍在中国肆虐。全国上下同舟共济,齐心协力为预防和控制这一流行病作出贡献。寒冷的冬天,温暖的歌声,相信我们终将战胜病毒。从更长远的角度来看,新的病毒将继续出现。人类文明史也是一部不断与各种病毒斗争的历史。每一次胜利和惨痛的代价都提醒我们,一个真正文明的社会包括优越的社会制度、健康的生活方式以及具有科学素养和责任感的公民。写于2020年2月5日,修订于2020年3月5日参考:1.https://自动气象网站/博客/事故容忍-燃料-包壳-超临界-材料-需求-核反应堆/2.https://en.wikipedia.org/wiki/Nuclear_safety_and_security@

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Advanced Powder Metallurgical Tube)FeCrAl合金具有优异的抗氧化性能,最高可达1500℃(接近其熔点)。(适用于中国、欧洲、美国、英国、日本和该国的钢厂)和Cr在正常操作条件下可保护合金,Al在高于1100℃的温度下可保护合金。(适用于公众号码),定期获取钢铁知识、行业信息和钢厂价格调整信息。