Стартовая >> Архив >> Генерация >> Материалы ядерных энергетических установок

Перспективы использования термоядерной энергии - Материалы ядерных энергетических установок

Оглавление
Материалы ядерных энергетических установок
Ядерная энергия и материалы
Легководный реактор LWR
Тяжеловодный реактор HWR
Реактор типа LMFBR
Перспективы использования термоядерной энергии
Радионуклидное производство энергии и ее использование
Требования, предъявляемые к выбору ядерных материалов
Свойства реакторных материалов
Анализ специфических свойств материалов при их выборе для ядерных реакторов
Выбор материалов и анализ конструкции с помощью ЭВМ
Компоненты и материалы ядерных реакторов деления
Ядерные топливные материалы
Конструкционные материалы
Материалы органов регулирования, теплоносители
Материалы защиты, системы аварийной защиты
Атомная электростанция (с реактором деления)
Фундаментальные радиационные явления в материалах
Радиационное повреждение нейтронами
Влияние облучения на реакторные материалы
Влияние облучения на физические свойства материалов
Влияние облучения на механические свойства материалов
Влияние облучения на коррозию, свелинг
Отжиг радиационных повреждений, влияние облучения на свойства при низких температурах
Металлический уран
Коррозия урана
Сплавы урана
Влияние облучения на урановое топливо
Керамический уран
Диоксид урана
Радиационное распухание оксидного топлива
Радиационная ползучесть оксидного топлива
Выделение газообразных продуктов деления из оксидного топлива
Монокарбид урана
Нитрид, силицид и сульфиды урана
Коррозия керамического урана, техника безопасности
Плутоний
Металлические сплавы плутония
Керамические соединения плутония
Смешанное керамическое уран-плутониевое топливо
Коэффициент воспроизводства, избыточный коэффициент и время удвоения плутония
Радиационные эффекты плутония
Коррозионные эффекты плутония
Меры безопасности при работе с плутонием
Торий
Свойства тория
Получение и сплавы тория
Керамические соединения тория
Радиационные и коррозионные эффекты тория
Радиоактивный распад в торий-урановом топливном цикле
Конструкционные материалы: металлы
Конструкционные материалы: бериллий и его соединения
Конструкционные материалы: магний
Конструкционные материалы: алюминий
Конструкционные материалы: цирконий
Конструкционные материалы: нержавеющая сталь и никелевые сплавы
Конструкционные материалы: керамика и керметы
Влияние облучения на конструкционные материалы
Коррозия конструкционных материалов
Материалы замедлителя и отражателя
Графит
Материал бланкета
Материал теплоносителя
Материалы систем регулирования, защиты и аварийной защиты
Защита реактора
Системы аварийной зашиты реактора и используемые в них материалы
Материалы в топливных циклах, процессах обогащения и переработки топлива
Обогащение топлива
Переработка топлива
Материалы, используемые в процессах переработки отработавшего топлива
Переработка ядерного топлива
Топливные материалы, участвующие в U-Pu-топливном цикле
Тепловыделяющие элементы
Связующий материал твэлов
Материалы, применяемые при изготовлении твэлов
Каналы для теплоносителя и системы трубопроводов
Корпуса реакторов под давлением
Радиационные эффекты при работе материалов ядерного топлива и конструкционных материалов
Коррозия и трещины материалов твэлов, коррозия каналов теплоносителя
Образование коррозионных и усталостных трещин и течей в каналах для теплоносителей, трубопроводах
Материалы радионуклидных генераторов энергии и термоядерных реакторов
Радионуклидное топливо
Материалы оболочек, материалы и теплоносители радионуклидных генераторов
Концептуальные проекты термоядерных реакторов
Компоненты и материалы термоядерных реакторов
Материалы для изготовления магнитной системы и системы безопасности термоядерных реакторов
Взаимодействие материалов с первой стенкой термоядерного реактора
Материалы первой стенки термоядерного реактора и влияние на них облучения

Естественная ядерная энергия синтеза Солнца, или солнечная энергия, выделяемая в ходе ядерных реакций синтеза в виде светового и теплового излучений, известна давно. Искусственные, т.е. созданные человеком, реакции синтеза (в водородных бомбах) были с успехом опробованы в 50-х годах. С тех пор непрерывно продолжались теоретические и экспериментальные исследования управляемого термоядерного синтеза. До сих пор, однако, научная обоснованность управляемого термоядерного реактора (УТР) так и не была продемонстрирована.
Если удастся достигнуть устойчивого состояния плазмы (ионизированного газа при высокой температуре), то надежды на использование термоядерной энергии, особенно в дейтерий-тригиевом УТР, могут стать реальностью.
Основное термоядерное топливо - дейтерий, тяжелый изо гоп водорода, является составной частью обычной воды. Таким образом, источник термоядерной энергии неисчерпаем. Более того, термоядерные реакции приводят к образованию лишь незначительного количества радиоактивных продуктов. Следовательно, захоронение радиоактивных отходов не составит трудностей.
С точки зрения физики плазмы, скорее всего, дейтерий-тритиевый термоядерный реактор будет первым из УТР. Первая (вакуумная) стенка реактора, удерживающая плазму, испытывает очень высокие температуры и мощную бомбардировку ионами и нейтронами. Таким образом, выбор материала первой стенки УТР представляет собой непростую проблему. Сплав ниобия был предложен как идеальный материал первой стенки. Однако ниобий—элемент редкий и чрезвычайно дорогой. Экспериментальные данные о сплавах ниобия остаются неудовлетворительными. Помимо материала первой стенки, для УТР требуются также структурные, теплоотводящие, экранирующие и другие материалы, которые также необходимо разработать в будущем.

Схема термоядерной установки типа токамак
Рис. 1.22. Схема термоядерной установки типа токамак:
1 —  полоидальные магнитные катушки, перпендикулярные полоидальному магнитному полю; 2 — тороидальное магнитное поле; 3 —  полоидальные магнитные катушки; 4 — стальное ярмо трансформатора; 5 — первичная обмотка; 6 — первая стенка (вакуумная камера); 7 — результирующее магнитное поле; 8 —  тороидальный электрический ток (вторичный ток); 9 —  плазма; 10 —  проводящая оболочка; 11 —  диагностическое окно

Схема тороидальной плазмы внутри стенки (вакуумной камеры) токамака
Рис. 1.23. Схема тороидальной плазмы внутри стенки (вакуумной камеры) токамака. Результирующее винтовое магнитное поле в токамаке (в) и плазменный шнур и магнитные поля (б):
1 — винтовое магнитное поле; 2 — результирующее винтовое магнитное поле; 3 — вертикальное магнитное поле (формируется с внешней стороны тора); 4 —  тороидальное магнитное поле; 5 —  проводящая оболочка; 6 —  плазма; 7 — полоидальное магнитное поле; 8 — ось тороида; 9 —  тороидальный электрический ток
Рис. 1.24. Разрез бланкета термоядерного реактора:
1 — теплоноситель, замедлитель и материалы бланкета; 2 — радиационная защита и теплоизоляция; 3 — магнитная катушка и криогенная зона; 4 —  биологическая и тепловая защита; 5 —  бланкет; 6 — каналы циркуляции теплоносителя; 7 —  первая стенка; 8 —  проводящая оболочка; 9 —  внутренняя керамическая оболочка; 10 —  высокий вакуум; 11 —  зона плазмы

Для улучшения устойчивости плазмы было предложено и опробовано несколько управляемых термоядерных устройств. На основании теоретических и экспериментальных данных была создана индукционная разрядная система, состоящая из большого токамака (с тороидальной обмоткой) и двойного магнитного зеркала. Индукционную разрядную систему можно представить как трансформатор, в котором индукционная катушка выполняет роль первичной обмотки, а плазма — вторичной. Принципиальная схема типичного токамака показана на рис. 1.22. Удерживающее и стабилизирующее плазму магнитное поле состоит из тороидального поля, полоидального поля и вертикального поля токамака. Указанные поля ориентированы под прямым углом друг к другу, (рис. 1.23). На рис. 1.24 изображен продольный разрез банкета термоядерного реактора [4S].



 
« Магнитный фильтр-сепаратор в схеме очистки производственного конденсата   Метод определения параметров тепловой изоляции паротурбинных блоков ТЭС »
электрические сети