Стартовая >> Архив >> Генерация >> Реакторы-размножители на быстрых нейтронах

Совместимость с оболочкой - Реакторы-размножители на быстрых нейтронах

Оглавление
Реакторы-размножители на быстрых нейтронах
Воспроизводство и роль быстрых реакторов-размножителей
Физические принципы воспроизводства
Роль воспроизводства в оценках энергетических ресурсов
Программы исследования быстрых реакторов
Принципы конструирования
Механическая конструкция и система теплопередачи
Выбор материалов и параметров активной зоны
Экономический анализ
Обращение с топливом
Выгорание топлива
Уравнения выгорания
Время удвоения
Численные результаты анализа топливного цикла реактора с жидкометаллическим теплоносителем
Конструкции твэла и сборки
Перестройка топлива
Выделение газа из топлива и длина газовой полости
Критерий повреждаемости и анализ прочности твэла
Конструкция тепловыделяющей сборки
Другие сборки
Поведение совокупности сборок
Факторы перегрева
Материалы активной зоны
Топливо на основе урана
Топливо, содержащее торий
Общее сравнение топлива
Оболочка и чехол
Материалы оболочки
Теплоноситель
Совместимость с оболочкой
Сравнение различных теплоносителей
Органы управления
Основное оборудование теплоотводящих контуров реакторов
Регулирование параметров технологической схемы АЭС
Основное оборудование натриевых контуров
Натриевые насосы
Парогенераторы
Нейтронная защита
Защита оборудования теплоотводящих контуров в реакторе петлевого типа
Система транспортировки тепловыделяющих сборок
Измерительные системы
Контроль герметичности оболочек твэлов, течей
Вспомогательные системы
Общие вопросы безопасности реакторов БН
Многоступенчатая защита как концепция безопасности
Развитие методов исследования аварийных режимов
Оценка риска и методы исследования аварийных режимов
Контролируемые переходные процессы
ффективность системы аварийной защиты АЭС
Некоторые параметры, характеризующие состояние реактора в аварийных режимах
Вопросы надежности
Надежность системы аварийного расхолаживания реактора
Распространение локальных повреждений твэлов
Переходные процессы в объеме активной зоны
Другие аварийные режимы
Неконтролируемые аварийные режимы
Уравнения сохранения
Аварийные режимы с повышением мощности реактора
Разрушение твэлов
Прочие факторы
Аварийный режим с ухудшением условий теплоотвода
Неконтролируемый аварийный режим, связанный с прекращением циркуляции теплоносителя
Нарушение герметичности трубопроводов
Переходная стадия
Переходная стадия - расчет
Разрушение активной зоны
Защитная оболочка
Процесс расширения топлива
Взаимодействие расплавленного топлива с теплоносителем
Взрыв паров
Деформация элементов конструкции реактора
Охлаждение реактора после аварии
Аварийная разгерметизация бака реактора
Натриевые пожары
Конструкции защитных оболочек и локализующих систем
Конструкция быстрых реакторов с газовым охлаждением
Системы реактора
Конструкция активной зоны
Конструкция твэла
Безопасность газоохлаждаемых быстрых реакторов
Контролируемые аварии
Неконтролируемые аварии
Защитное окружение быстрых реакторов с газовым охлаждением
Сравнение гомогенного и гетерогенного проектных вариантов быстрого реактора CRBRP
Ядерная энергетика и быстрые реакторы

Необходимо, чтобы теплоноситель в быстрый реактор-размножитель был совместим с материалом оболочки и в определенной степени — с топливом (на случай разрыва оболочки). Гелий, будучи инертным газом, совместим с любым конструкционным материалом и топливом.
Пap оказывается достаточно агрессивным по отношению к конструкционным материалам. Так, он вызывает коррозию обычной нержавеющей стали. Эта проблема достаточно остро стояла на ранних этапах исследования паровых систем [29]. Решение было найдено в применении никелевых сплавов, таких как инколой и инконель.

Как обсуждалось в § 11.3, присутствие большого количества никеля в активной зоне ухудшает характеристики воспроизводства. Другой более серьезный недостаток — охрупчивание никелевых сплавов, стимулированное (n, α)-реакцией. Таким образом, пар как теплоноситель в быстрый реактор-размножитель не выдерживает конкуренции с другими теплоносителями, в первую очередь из-за коррозии материала оболочек.
Натрий оказывается вполне совместимым с традиционными конструкционными материалами. Поскольку он был выбран в качестве главного кандидата на роль теплоносителя в быстрый реактор-размножитель, его свойства были изучены наиболее всесторонне. Перечислим основные направления этих исследований [1].

Коррозия материалов

Основные компоненты нержавеющей стали (Fe, Cr, Ni) очень медленно растворяются в натрии в горячей части активной зоны и высаживаются на более холодных частях. Этот довольно длительный процесс называется утонением (или износом) оболочки. Скорость растворения составляет десятые доли микрометра в год при 700 °С. Однако вкупе с другими причинами разрушения этот эффект также необходимо учитывать при расчете срока службы оболочки. Для уменьшения скорости коррозии необходимо стремиться снизить, насколько возможно, концентрацию кислорода в натрии.

Селективное вымывание

Компоненты стали по-разному растворяются в натрии. Поэтому происходит селективное вымывание элементов с поверхности оболочки. Состав ее поверхностного слоя постепенно меняется, так как хром и никель вымываются быстрее, чем железо. Этот эффект хотя и мал, но он оказывает вредное влияние на прочность оболочки.

Осаждение раствора

Растворенный металл, осcаждаясь на холодных частях промежуточного теплообменника, ухудшает теплоотдачу, т. е. снижает эффективность работы теплообменника. Толщина осадка может оказаться столь значительной, что для поддержания установленной скорости потока теплоносителя потребуется увеличение давления в насосе. В стали имеется незначительная примесь кремния. Как показали наблюдения, этот элемент за длительное время вымывается и образует соединения с натрием, которые также выпадают в осадок. Этот осадок может ухудшать проходимость каналов и вызывать локальные возмущения потока теплоносителя.

Перенос радиоактивности

Основные долгоживущие радиоактивные элементы, образующиеся при активации оболочки, — это 64Мn, 68Со, 60Со. Несмотря на их малые количества, они переносятся натрием и осаждаются на поверхности промежуточного теплообменника и других элементов первого контура. Высокоактивное загрязнение оборудования затрудняет или делает невозможным проведение профилактических и ремонтных работ.

Перенос углерода

Присутствие углерода в стали улучшает ее прочностные характеристики. Атомы углерода весьма подвижны и обнаруживают склонность к миграции в сторону наружной поверхности. Следовательно, углерод может переноситься натрием, как и другие элементы, и осаждаться в более холодных зонах. Свойство стали терять углерод (обезуглероживание) и приобретать углерод (науглероживание) зависит от его концентрации. Холоднодеформированная нержавеющая сталь марки 316 благодаря технологии ее приготовления имеет низкую углеродную активность, иначе говоря, скорость вымывания в ней углерода достаточно мала.

Химическая чистота натрия

В процессе работы реактора обычно осуществляется автоматический контроль чистоты натрия в первом и во втором контурах. Например, регистрируется концентрация кислорода, углерода и водорода. Уровень последнего характеризует выход трития в газовой подушке (в первом контуре), а также наличие течи в парогенераторе (во втором контуре).

Взаимодействие натрия с топливом

При наличии небольших трещин в оболочке происходит взаимодействие натрия с топливом, в результате которого образуются соединения Na8UO4 или Na3PuO4. Их попадание в систему теплоносителя является нежелательным. Имеются также опасения, что эти соединения могут привести к локальному эффекту повышенного распухания и последующему разрушению оболочки в районе первоначальной трещины. Особая проблема возникает в случае расплавления топлива (см. гл. 16).



 
« Расчетная обеспеченность работы гидроэлектростанции   Режим системы охлаждения генераторов на теплофикационных энергоблоках 250 МВт »
электрические сети