Zaawansowane zbiorniki reaktorów wzmacniają standardy bezpieczeństwa jądrowego

Wyobraźcie sobie stalowego giganta pogrzebanego głęboko w jądrze elektrowni jądrowej, znoszącego niewyobrażalne ciśnienie i promieniowanie, chroniąc jednocześnie ludzkość w poszukiwaniu czystej energii.To jest zbiornik ciśnieniowy reaktora (RPV)W tym artykule zagłębiamy się w ten kluczowy element, badając jego wyjątkową inżynierię, rygorystyczny wybór materiałów i rozwijające się technologie bezpieczeństwa..

Naczynie ciśnieniowe reaktora jest istotnym elementem elektrowni jądrowych, działającym jak solidna twierdza, która obejmuje płyn chłodniczy reaktora, osłony rdzenia i zespoły paliwowe.W przeciwieństwie do reaktorów RBMK z czasów Związku Radzieckiego, który umieszczał każdy zestaw paliwa w poszczególnych rurach o średnicy 8 cm, większość nowoczesnych elektrowni jądrowych polega na RPV dla bezpieczeństwa.Podczas gdy reaktory są zazwyczaj klasyfikowane według rodzaju płynu chłodniczego, a nie konfiguracji zbiornika, obecność i konstrukcja zbiornika ciśnieniowego mają bezpośredni wpływ na bezpieczeństwo i wydajność instalacji.

Do powszechnych klasyfikacji reaktorów należą:

• Reaktory wodne lekkie (LWR):Najczęściej stosowany typ, w tym reaktory wodne pod ciśnieniem (PWR) i reaktory z wrzącą wodą (BWR).
• Reaktory z moderowanym grafitem:Przykładem jest reaktor RBMK w Czarnobylu, o konstrukcji zupełnie odmiennej od większości cywilnych elektrowni jądrowych na świecie.
• Reaktory termiczne chłodzone gazem:W tym zaawansowane reaktory chłodzone gazem (AGR), chłodzone gazem reaktory szybkiego rozmnażania i reaktory chłodzone gazem o wysokiej temperaturze.
• Reaktory ciężkowodne pod ciśnieniem (PHWR):Używanie ciężkiej wody (bogaczonej w deuterium) jako moderatora lub płynu chłodzącego.
• Reaktory chłodzone płynnym metalem:Wykorzystanie stopionych metali, takich jak stopy sodu lub ołowiu i bismutu do chłodzenia.
• Reaktory z roztopioną solą (MSR):Wykorzystując roztopione sole na bazie fluoru jako płyn chłodzący, MSR, działając przy wysokich temperaturach i niskim ciśnieniu, zmniejszają obciążenie naczyń reaktora.

Wśród głównych typów reaktorów wykorzystujących zbiorniki ciśnieniowe, PWR stoją przed szczególnym wyzwaniem: napromieniowanie neutronami (lub strumienie neutronów) podczas pracy stopniowo rozkłada materiały zbiornika.Statki BWR o większym rozmiarze zapewniają lepszą osłonę neutronowąPodczas gdy zwiększa to koszty produkcji, eliminuje konieczność wygrzewania w celu wydłużenia żywotności.

Aby wydłużyć żywotność statków PWR, dostawcy usług jądrowych, tacy jak Framatome (dawniej Areva) i operatorzy, opracowują technologie grzania.proces o wysokiej wartości ma na celu przywrócenie właściwości materiału zdegradowanego w wyniku długotrwałego napromieniowania.

Pomimo różnic w konstrukcji wszystkie zbiorniki ciśnieniowe PWR mają wspólne kluczowe cechy:

• Korpus statku:Największy składnik, składający się z paliwa, płynu chłodzącego i konstrukcji podtrzymujących.
• Głowa statku:Przymocowany do górnej części, zawierający przebicia dla napędów prętowych i sond poziomu płynu chłodniczego.
• Zestawy paliwowe:Wykorzystanie urządzeń, o których mowa w pozycji 5A001.a. lub 5A001.b.
• Osłona rdzenia:Cylindryczna bariera chroniąca naczynie przed szybkimi neutronami, które powodują łamliwość.

Materiały RPV muszą wytrzymać wysokie temperatury i ciśnienie przy jednoczesnym zminimalizowaniu korozji.Łódź składająca się z niewielkiej stopowej stali ferrytowej pokrytej 3-10 mm austenitycznej stali nierdzewnej (dla obszarów kontaktowych z płynem chłodniczym)Ewolucyjne projekty zawierają stopy wzbogacone o nikel, takie jak SA-302 B (stała Mo-Mn) i SA-533/SA-508 dla zwiększonej wytrzymałości.Te stali ferrytowe Ni-Mo-Mn oferują wysoką przewodność cieplną i odporność na uderzenia, ale ich reakcja na promieniowanie pozostaje krytyczna.

W 2018 roku Rosatom opracował technologię grzania termicznego w celu złagodzenia uszkodzeń promieniowania, wydłużając żywotność statku o 15-30 lat (wykazano w jednostce 1 w Balakovo).Środowiska jądrowe poddają materiały nieustannemu bombardowaniu cząstkamiW tym celu wprowadza się systemy, które wprowadzają w życie systemy o charakterze komórkowym, w tym systemy, w których wprowadzane są komórki komórkowe, w których wprowadzane są komórki komórkowe.Zanieczyszczenia miedzi (> 0)0,1 wt%) pogłębiają delikatność, powodując popyt na "czystsze" stali.

W wyniku szybkiej migracji wad, w wyniku interakcji naprężenia i mikrostruktury powstaje wstrząs wspomagany przez promieniowanie.natomiast jony wodoru (z radiolizy płynu chłodzącego) indukują pęknięcie korozją naprężeniową za pomocą trzech teoretycznych mechanizmów: zmniejszenie spójności, ciśnienie wewnętrzne lub pęcherze metanowe.

Nowe podejścia mają na celu stabilizację przemieszczonych atomów przy użyciu granic ziaren, nadmiernie rozpuszczonych substancji lub dyspersji tlenkowych (np. yttria).poprawa elastyczności i odporności na pęknięciaKonieczne są dalsze badania w celu optymalizacji stopów odpornych na promieniowanie.

Od 2020 r. główni producenci RPV obejmują:

• Chiny: China First Heavy Industries, Erzhong, Harbin Electric, Shanghai Electric
• Francja: Framatome
• Indie: L&T Special Steels (z BARC/NPCIL)
• Japonia: Japan Steel Works, IHI Corporation
• Rosja: OMZ-Izhora, ZiO-Podolsk, AEM-Atommash
• Korea Południowa: Doosan
• Zjednoczone Królestwo: Rolls-Royce (reaktory morskie)