Nüvə Elektrik Stansiyasının Bağlama Sistemləri: Ekstremal şəraitdə təhlükəsizlik maneələri

Atom elektrik stansiyalarının əsas dövrələrində, əsas nasoslarda, buxar generatorlarında və klapan sistemlərində sızdırmazlıq komponentləri 350°C yüksək temperaturlu təzyiqli su, intensiv şüalanma (10²¹ n/sm²), bor turşusu korroziyası və seysmik yüklər daxil olmaqla ekstremal şəraitə tab gətirir. Arızalar radioaktiv sızma və ya reaktorun bağlanmasına səbəb ola bilər. Metal möhürlər və qrafit möhürlər tamamlayıcı xüsusiyyətlər vasitəsilə nüvə adasının təhlükəsizliyi üçün ikili mühafizə sistemi təşkil edir. Bu məqalə nüvə dərəcəli möhürləmə texnologiyasını dörd ölçüdən təhlil edir: materialşünaslıq, struktur dizaynı, qəzaya reaksiya və qabaqcıl innovasiya.

.1. Nüvə sızdırmazlığının ifrat çətinlikləri.

.Əsas Əməliyyat Parametrləri:

• .PWR: 350°C/15.5MPa; .BWR: 290°C/7.2MPa (materialın sürüşməsi → sızdırmazlığın xüsusi təzyiqinin itirilməsi)
• .Radiasiya ziyanı: Sürətli neytron axını >10²¹ n/sm² (metalın kövrəkləşməsi/qrafit tozlaşması)
• .Kimyəvi korroziya: 1800ppm bor turşusu + 2,2ppm LiOH (stress korroziyasının krekinqi)
• .Dinamik Yüklər: SSE 0.3g + 20mm/s boru kəmərinin vibrasiyası (möhürləyici interfeysin mikro sürüşmə sızması)

.Nüvə möhürü əsas ölçüləri:

• Dizayn ömrü ≥60 il (EPR Gen-III tələbi)
• Sızma dərəcəsi ≤1×10⁻⁹ m³/s (ASME III Əlavəsi)
• LOCA-dan sonra sızdırmazlığı qoruyun

.2. Metal möhür: Radiasiyaya və Yüksək Güclüyə Qarşı Qala.

.2.1 Nüvə ərintisi materialları.

• Inconel 718: 15 dpa radiasiyaya davamlıdır, 950MPa @350°C (əsas nasos möhürləri)
• 316LN Paslanmayan Polad: 20 dpa müqavimət, 450MPa @350°C (əsas döngə flanşları)
• Ərinti 690: 25 dpa müqavimət, dənəvərlərarası korroziyaya qarşı immunitet (buxar generatoru boru təbəqələri)
• Zirkonyum ərintisi (Zr-2.5Nb): 100 dpa müqavimət, 300MPa @400°C (yanacaq çubuğu möhürləri)

dpa = atomik yerdəyişmə zərəri

.2.2 İnnovativ strukturlar.

• .Öz-özünə enerji verən metal C-üzüklər:
  • Təzyiq altında iki qövslü şüa radial genişlənməsi (təzyiq özünü gücləndirmə)
  • <10⁻¹¹ m³/s sızma @15MPa (Westinghouse AP1000 tətbiqi)
• .Qaynaqlanmış Metal Körüklər:

  • 50μm Hastelloy® C276 folqadan 100 lazer qaynaqlı təbəqə

  • ±15 mm eksenel kompensasiya qabiliyyəti (seysmik müqavimət)

.3. Qrafit möhürlər: Yüksək T yağlama və Fövqəladə Sızdırmazlığın Əsası.

.3.1 Nüvə Qrafit Performansı.

• İzostatik Qrafit: 1,85 q/sm³ sıxlıq, 90 MPa gücü (klapan doldurma qutuları)
• Pirolitik Qrafit: 2,20 q/sm³ sıxlıq, μ=0,08 sürtünmə əmsalı (idarə çubuğunun ötürücüləri)
• SiC Güclü Qrafit: 220MPa güc, 900°C müqavimət (HTGRs)
• Bor-infiltrasiya olunmuş qrafit: 700°C oksidləşmə müqaviməti (LOCA təcili möhürləri)

.3.2 Struktur İnnovasiyalar.

• .Yayla Enerjili Qrafit Üzüklər:
  • İnconel yay + qrafit dodaq + ekstruziyaya qarşı üzük
  • LOCA sonrası sıfır sızma (170°C doymuş buxar)
• .Split Qrafit Qablaşdırma:
  • 15° paz-bucaqlı öz-özünə bərkidici dizayn

  • 250.000 dövrə ömrü (Fisher nüvə klapanları)

.4. Ekstremal Vəziyyətin Yoxlanması.

.4.1 Radiasiya Yaşlanma Testi (ASTM E521)..

• Inconel 718: 3MeV proton/5dpa şüalanmadan sonra məhsuldarlığın 12% azalması
• Nüvə Qrafiti: 10²¹ n/sm²-də >85% güc saxlama

.4.2 LOCA Simulyasiyası (IEEE 317-2013)..

• .Ardıcıllıq: 15,5MPa/350℃ sabit vəziyyət → 2 dəqiqə ərzində 0,2MPa → 170℃ buxarda 24 saat
• .Meyarlar: Metal möhürlər <1,0 Scc/s sızma; Qrafit möhürləri: görünən sızma yoxdur

.4.3 Seysmik Sınaq (ASME QME-1)​.

• OBE: 0.1g/5-35Hz/30s vibrasiya
• SSE: 0,3 q zaman tarixi simulyasiyası
• Vibrasiyadan sonrakı sızma dalğalanması <10%

.5. Tipik Tətbiqlər.

.5.1 Reaktor qabının baş möhürləri.

• Ø5m flanş, 60 illik texniki xidmət tələb olunmur, LOCA-ya davamlıdır
• Həlli: Dual Inconel 718 C-halqalar (əsas) + borlaşmış qrafit (ehtiyat)

.5.2 Əsas nasos möhürləri.

• SiC keramika fırlanan halqa (2800HV) + pirolitik qrafit stasionar üzük
• Hastelloy® C276 körük dəstəyi
• Sızma: <0,1L/gün (Hualong One datası)

.5.3 HTGR Helium Sistemləri.

• Haynes® 230 ərintisi O-ring (Al₂O₃ örtülmüş)
• SiC liflə gücləndirilmiş qrafit (5 × aşınma müqaviməti)

.6. Ən müasir innovasiyalar.

.6.1 Smart Sensing Seals.

• Neytron ziyanının monitorinqi: müqavimətlə dpa hesablanması (xəta <5%)
• FBG optik lifi: real vaxt stress monitorinqi (±0.1MPa dəqiqlik)

.6.2 Qəzaya dözümlü materiallar.

• Özünü sağaldan metal möhürlər: Field metal mikrokapsulaları (62°C əriyən sızdırmazlıq)
• CVD-sıxlaşdırılmış qrafit: məsaməlilik <0,1%

.6.3 Gen-IV Reaktor Həllləri.

.Üçlü Baryer Fəlsəfəsi.

.Baryer 1: Metal Sızdırmazlıq.

• Inconel 718 15MPa sistem təzyiqini 300MPa sızdırmazlıq qüvvəsinə çevirir
• Zr-alaşımlı yanacaq çubuqları: 40GWd/tU yanma zamanı sıfır sızma

.Baryer 2: Qrafit möhürləri.

• LOCA zamanı borlaşmış qrafit borosilikat şüşə əmələ gətirir
• Pirolitik qrafit yüksək temperaturda özünü yağlayan qazlar buraxır

.Baryer 3: Ağıllı Monitorinq.

• Neytron sensorları: 15 illik erkən xəbərdarlıq
• Rəqəmsal əkiz seysmik bütövlüyü simulyasiya edir

.Gələcək istiqamətlər.

Fusion reaktorları və SMR-lər ilə sızdırmazlıq texnologiyası aşağıdakılara doğru inkişaf edəcək:

1. Ekstremal ətraf mühitə uyğunlaşma (He-ion şüalanması/əriymiş duz korroziyası)
2. Miniatürləşdirmə (diametri <1 mm olan yanacaq mikrosfer möhürləri)
   Atom stansiyalarının 60 illik təhlükəsiz istismarı bu santimetr miqyaslı “möhürlənən qalalara” əsaslanır.