Усовершенствованные реакторы укрепляют нормы ядерной безопасности

Представьте стального гиганта, похороненного глубоко в ядре атомной электростанции, выдерживающего невообразимое давление и радиацию, защищая человечество от стремления к чистой энергии.Это реакторный резервуар давления (RPV)Эта статья углубится в этот важнейший компонент, исследуя его исключительную технику, строгий выбор материалов и развивающиеся технологии безопасности..

Реакторная емкость - жизненно важный компонент атомных электростанций, действующий как прочная крепость, которая охватывает реакторную охлаждающую жидкость, щит ядра и топливные агрегаты.В отличие от советских реакторов РБМК, который помещал каждый топливный агрегат в отдельные трубы диаметром 8 см, большинство современных атомных электростанций полагаются на RPV для безопасности.В то время как реакторы обычно классифицируются по типу хладагента, а не по конфигурации сосуда, наличие и конструкция сосуда под давлением напрямую влияют на безопасность и эффективность установки.

Общие классификации реакторов включают:

• Легководящие реакторы (ЛВР):Наиболее широко используемый тип, включая реакторы с водой под давлением (PWR) и реакторы с кипящей водой (BWR).
• Реакторы с графитовой модуляцией:Примером тому является Чернобыльский реактор RBMK, конструкция которого сильно отличается от конструкции большинства гражданских атомных электростанций по всему миру.
• Тепловые реакторы с газовым охлаждением:Включая передовые газоохлаждаемые реакторы (AGR), газоохлаждаемые реакторы быстрого воспроизводства и реакторы высокотемпературного газоохлаждения.
• Реакторы под давлением с тяжелой водой (PHWR):Использование тяжелой воды (обогащенной дейтерием) в качестве модератора или охладителя.
• Реакторы, охлаждаемые жидкими металлами:Для охлаждения используются расплавленные металлы, такие как сплавы натрия или свинца и бисмута.
• Реакторы расплавленной соли (MSR):Работают при высоких температурах и низких давлениях, MSR уменьшают напряжение на сосудах реактора.

Среди основных типов реакторов, использующих сосуды под давлением, PWR сталкиваются с особой проблемой: нейтронное облучение (или нейтронный флюенс) во время работы постепенно разрушает материалы сосудов.Суда BWR ≈ большего размера ≈ обеспечивают лучшую защиту от нейтроновХотя это увеличивает издержки производства, оно устраняет необходимость отжига для продления срока службы.

Чтобы продлить срок службы судов с ПВР, поставщики ядерных услуг, такие как Framatome (ранее Areva) и операторы разрабатывают технологии отжига.высококачественный процесс, направленный на восстановление свойств материалов, деградировавших в результате длительного облучения.

Несмотря на различия в конструкции, у всех сосудов под давлением PWR есть общие ключевые особенности:

• Корпус судна:Наиболее крупный компонент, содержащий топливные агрегаты, охлаждающую жидкость и опорные конструкции.
• Голова судна:Прикрепленный к верхней части, содержащий пробоины для приводов управляющих стержней и зондов уровня хладагента.
• Сборки топлива:Сетевые массивы стержней, содержащие уран или смеси урана и плутония.
• Корневое ограждение:Цилиндрический барьер, защищающий сосуд от быстрых нейтронов, которые вызывают ломкость.

Материалы RPV должны выдерживать высокие температуры и давление при одновременном минимизации коррозии.В оболочках судов обычно используется низколегированная ферритовая сталь, покрытая 3-10 мм аустенитной нержавеющей стали (для зон контакта с хладагентом)Развивающиеся конструкции включают в себя богатые никелем сплавы SA-302 B (Mo-Mn сталь) и SA-533/SA-508 для повышения прочности.Эти ферритические стали Ni-Mo-Mn обладают высокой теплопроводностью и устойчивостью к ударам, но их реакция на излучение остается критической..

В 2018 году "Росатом" разработал технологию термической отжига для смягчения повреждений радиацией, продлив срок службы судна на 15-30 лет (демонстрировано на Балаковском блоке 1).Ядерные среды подвергают материалы неустанному бомбардировке частицамиЭти дефекты - пустоты, вывихы или скопления растворенных веществ - накапливаются с течением времени, затвердевая материалы и уменьшая их пластичность.Примесей меди (> 0).1wt%) усугубляют хрупкость, стимулируя спрос на "чистые" стали.

Стремительное пластмассовое деформация под постоянным напряжением усиливается при высоких температурах из-за более быстрой миграции дефектов.в то время как ионы водорода (из радиолиза охлаждающей жидкости) вызывают коррозионное растрескивание при напряжении через три теоретических механизма: снижение сплоченности, внутреннее давление или метанные пузыри.

Новые подходы направлены на стабилизацию перемещенных атомов с использованием границ зерна, чрезмерных растворенных веществ или оксидных дисперсий (например, итрия).повышение пластичности и устойчивости к трещинамНеобходимы дальнейшие исследования для оптимизации изделий из сплавов, устойчивых к радиации.

По состоянию на 2020 год основными производителями РПВ являются:

• Китай: China First Heavy Industries, Erzhong, Harbin Electric, Шанхайский электрический
• Франция: Framatome
• Индия: L&T Special Steels (с BARC/NPCIL)
• Япония: Japan Steel Works, корпорация IHI
• Россия: ОМЗ-Ижора, ЗиО-Подольск, АЭМ-Атоммаш
• Южная Корея: Дусан
• Великобритания: Rolls-Royce (морские реакторы)