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

Компоненты и материалы термоядерных реакторов - 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

ОСНОВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ И МАТЕРИАЛЫ ТЕРМОЯДЕРНЫХ РЕАКТОРОВ

Подобно тому, как это было сделано для ядерных реакторов деления (см. гл. 3), в табл. 15.4 проведена классификация основных компонентов и материалов термоядерных реакторов.
Многочисленные второстепенные компоненты и материалы, определяемые основными, могут изменяться в зависимости от типа термоядерного реактора, его конструкции, требуемых мер безопасности и экономических соображений.
Таблица 15.4. Основные узлы и материалы термоядерных реакторов

КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Конструкционные материалы обеспечивают противодействие механическим усилиям, сохранение формы конструкций, удержание термоядерной плазмы в термоядерном реакторе. Основными материалами являются те, из которых изготовлена первая стенка вакуумной камеры, каналы теплоносителя и бланкета (окружающего камеру), радиационная защита, магнитные обмотки с их защитной конструкцией, криогенные сосуды с жидким гелием и т. п. Некоторые основные материалы и общие требования к их свойствам приведены в табл. 15.5 [19, 20]*.

*По этому вопросу - см. материалы I. II и III Всесоюзных конференций по исследованию и разработке конструкционных материалов для реактором термоядерного синтеза: Исследования и разработка материалов для реакторов термоядерного синтеза. М.: Наука, 1981: Конструкционные материалы для реакторов термоядерного синтеза. М.: Наука. 1983. Конструкционные материалы для реакторов термоядерного синтеза. М.: Наука. 1987. - Прим пер

Таблица 15.5. Общие требования и основные материалы конструкций термоядерного реактора


Общие требования

Основные материалы

Низкое сечение захвата нейтронов

Zr, Nb, Mo, V, Ti, нержавеющая

 

сталь, AI

Малая наведенная радиоактивность

V, Nb, Ti, нержавеющая сталь

Высокая радиационная стойкость

V, Nb, Ti, нержавеющая сталь

Высокая термостойкость

Ni, Ti, Nb, нержавеющая сталь

Высокие теплопередающие свойства

Ti, Nb, Mo, нержавеющая сталь

Высокая механическая прочность и пластичность

Mo, Ti, Nb, нержавеющая сталь

Высокое сопротивление коррозии

Ni, Ti, Mo, нержавеющая сталь

Совместимость с теплоносителем (литий)

Ti, V, Nb, Mo, нержавеющая
сталь

Например, требования совместимости выбранных конструкционных материалов с литиевым теплоносителем могут отличаться от требований, предъявляемых гелиевым или водяным теплоносителем. По-видимому, Nb, V, Мо, сплавы титана и нержавеющие хромоникелевые стали удовлетворяют большинству исходных требований.

МАТЕРИАЛЫ ЗАМЕДЛИТЕЛЯ, ОТРАЖАТЕЛЯ И БЛАНКЕТА

В ядерных реакторах деления замедлитель (реактора деления на тепловых нейтронах) и бланкет илн зона воспроизводства (быстрого реактора) по своим функциям не могут быть совмещены. В термоядерном реакторе, например D—T-реакторе синтеза, материал может работать как замедлитель, отражатель и воспроизводящий материал одновременно. Например, жидкий литий-6, будучи легким элементом, может замедлять быстрые нейтроны синтеза [см. (15.16)], отражать их и, кроме того, поглощать, осуществляя реакцию воспроизводства (15.19) трития. Другими словами, в D-Т-реакторе синтеза жидкий литий-6 может выполнять одновременно функции замедлителя, отражателя и воспроизводящего материала. Кроме того, в конструкциях ТЯР жидкий литий может служить теплоносителем. Далее, в случае гибридного реактора синтеза деления быстрые нейтроны синтеза могут быть поглощены сырьевым материалом, обедненным ураном или торием, что приведет к воспроизводству делящегося топлива. Основные материалы замедлителя, отражателя и бланкета термоядерного реактора и предъявляемые к ним ядерные требования представлены в табл. 15.6.
Таблица 15.6. Требуемые ядерные характеристики и основные материалы замедлителя, отражателя и бланкета

МАТЕРИАЛЫ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ И ЗАЩИТЫ

Теплоноситель термоядерного реактора должен иметь высокую теплопроводность, большую теплоемкость, низкую точку плавления, высокую температуру кипения, малую плотность, малую вязкость и не вызывать коррозии. Кроме того, теплоноситель должен быть совместим с конструкционными материалами, материалами труб и каналов термоядерного реактора. Исходные требования и основные материалы, которые могут быть выбраны в качестве теплоносителя, приведены в табл. 15.7.
Теплоносители первичного контура охлаждения и вторичного контура в реакторе термоядерной электростанции будут различными.
Материалы защиты для термоядерного реактора в соответствии с их назначением распадаются на следующие группы:

  1. тяжелые и умеренно тяжелые элементы для поглощения гамма- и рентгеновского излучения и замедления быстрых нейтронов и ионов;
  2. легкие элементы и водородсодержащие вещества для рассеяния и замедления нейтронов и ионов;
  3. легкие материалы, содержащие бор, для захвата нейтронов без образования вторичного гамма-излучения.

Таблица 15.7. Общие требования и основные материалы тепло носителей термоядерных реакторов

Таблица 15.8. Общие требования я основные материалы защиты термоядерного реактора

Наиболее распространенные материалы защиты для использования в термоядерном реакторе — это свинец, сталь, бетон, бор и водородсодержащие вещества для тепловой и биологической защиты (табл. 15.8). Многие материалы защиты, часто используемые в ядерных реакторах деления, можно с успехом применять в термоядерных реакторах.
Если в термоядерном реакторе в качестве теплоносителя выбран жидкометаллический литий, расплав соли Li2BeF4 или вода, их можно рассматривать в качестве легкого вещества защиты реактора.



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