परमाणु ऊर्जा संयंत्र सीलिंग प्रणालियाँ: चरम स्थितियों में सुरक्षा बाधाएँ

परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के प्राथमिक लूप, मुख्य पंपों, भाप जनरेटरों और वाल्व प्रणालियों में, सीलिंग घटक 350°C उच्च तापमान वाले दाबयुक्त जल, तीव्र विकिरण (10²¹ n/cm²), बोरिक अम्ल संक्षारण और भूकंपीय भार जैसी चरम स्थितियों का सामना कर सकते हैं। विफलता के कारण रेडियोधर्मी रिसाव या रिएक्टर बंद हो सकता है। धातु सील और ग्रेफाइट सील पूरक गुणों के माध्यम से परमाणु द्वीप सुरक्षा के लिए एक दोहरी सुरक्षा प्रणाली बनाते हैं। यह लेख परमाणु-ग्रेड सीलिंग तकनीक का चार आयामों से विश्लेषण करता है: पदार्थ विज्ञान, संरचनात्मक डिज़ाइन, दुर्घटना प्रतिक्रिया और अत्याधुनिक नवाचार।

​1. परमाणु सीलिंग की चरम चुनौतियाँ​

​मुख्य परिचालन पैरामीटर:

• ​पीडब्ल्यूआर: 350°C/15.5MPa; ​बीडब्ल्यूआर: 290°C/7.2MPa (सामग्री रेंगना → सीलिंग विशिष्ट दबाव की हानि)
• ​विकिरण क्षति: तीव्र न्यूट्रॉन प्रवाह >10²¹ n/cm² (धातु भंगुरता/ग्रेफाइट चूर्णीकरण)
• ​रासायनिक संक्षारण: 1800ppm बोरिक एसिड + 2.2ppm LiOH (तनाव संक्षारण दरार)
• ​गतिशील भार: एसएसई 0.3 ग्राम + 20 मिमी/सेकेंड पाइपलाइन कंपन (सीलिंग इंटरफ़ेस माइक्रो-स्लिप रिसाव)

​परमाणु सील प्रमुख मीट्रिक:

• डिज़ाइन जीवनकाल ≥60 वर्ष (ईपीआर जनरल-III आवश्यकता)
• रिसाव दर ≤1×10⁻⁹ m³/s (ASME III परिशिष्ट)
• LOCA के बाद सीलिंग बनाए रखें

​2. धातु सील: विकिरण के विरुद्ध किला और उच्च शक्ति​

​2.1 परमाणु मिश्र धातु सामग्री​

• इनकोनेल 718: 15 डीपीए विकिरण का प्रतिरोध करता है, 950 एमपीए @350°C (मुख्य पंप सील)
• 316LN स्टेनलेस स्टील: 20 dpa प्रतिरोध, 450MPa @350°C (प्राथमिक लूप फ्लैंज)
• मिश्र धातु 690: 25 डीपीए प्रतिरोध, अंतर-कणीय संक्षारण से प्रतिरक्षित (भाप जनरेटर ट्यूबशीट)
• ज़िरकोनियम मिश्र धातु (Zr-2.5Nb): 100 dpa प्रतिरोध, 300MPa @400°C (ईंधन रॉड सील)

डीपीए = परमाणु विस्थापन क्षति

​2.2 नवीन संरचनाएँ​

• ​स्व-ऊर्जावान धातु सी-रिंग्स:
  • दबाव के तहत दोहरे-आर्क बीम रेडियल विस्तार (दबाव स्व-वृद्धि)
  • <10⁻¹¹ m³/s रिसाव @15MPa (वेस्टिंगहाउस AP1000 अनुप्रयोग)
• ​वेल्डेड धातु धौंकनी:

  • 50μm Hastelloy® C276 फ़ॉइल की 100 लेज़र-वेल्डेड परतें

  • ±15 मिमी अक्षीय क्षतिपूर्ति क्षमता (भूकंपीय प्रतिरोध)

​3. ग्रेफाइट सील: उच्च-टी स्नेहन और आपातकालीन सीलिंग का मूल​

​3.1 परमाणु ग्रेफाइट प्रदर्शन​

• आइसोस्टेटिक ग्रेफाइट: 1.85g/cm³ घनत्व, 90MPa शक्ति (वाल्व स्टफिंग बॉक्स)
• पायरोलाइटिक ग्रेफाइट: 2.20g/cm³ घनत्व, μ=0.08 घर्षण गुणांक (नियंत्रण रॉड ड्राइव)
• SiC-प्रबलित ग्रेफाइट: 220MPa शक्ति, 900°C प्रतिरोध (HTGRs)
• बोरोन-अंतर्वेशित ग्रेफाइट: 700°C ऑक्सीकरण प्रतिरोध (LOCA आपातकालीन सील)

​3.2 संरचनात्मक नवाचार​

• ​स्प्रिंग-ऊर्जावान ग्रेफाइट रिंग्स:
  • इनकोनेल स्प्रिंग + ग्रेफाइट लिप + एंटी-एक्सट्रूज़न रिंग
  • शून्य रिसाव पोस्ट-LOCA (170°C संतृप्त भाप)
• ​विभाजित ग्रेफाइट पैकिंग:
  • 15° वेज-एंगल स्व-कसने वाला डिज़ाइन

  • 250,000 चक्र जीवनकाल (फिशर परमाणु वाल्व)

​4. चरम स्थिति सत्यापन​

​4.1 विकिरण आयु परीक्षण (एएसटीएम ई521)​​

• इनकोनेल 718: 3MeV प्रोटॉन/5dpa विकिरण के बाद 12% उपज शक्ति में कमी
• परमाणु ग्रेफाइट: 10²¹ n/cm² पर >85% शक्ति प्रतिधारण

​4.2 LOCA सिमुलेशन (IEEE 317-2013)​​

• ​अनुक्रम: 15.5MPa/350℃ स्थिर अवस्था → 2 मिनट में 0.2MPa → 170℃ भाप पर 24 घंटे
• ​मानदंड: धातु सील <1.0 Scc/s रिसाव; ग्रेफाइट सील: कोई दृश्यमान रिसाव नहीं

​4.3 भूकंपीय परीक्षण (एएसएमई क्यूएमई-1)​​

• ओबीई: 0.1g/5-35Hz/30s कंपन
• एसएसई: 0.3g समय-इतिहास सिमुलेशन
• कंपन के बाद रिसाव में उतार-चढ़ाव <10%

​5. विशिष्ट अनुप्रयोग​

​5.1 रिएक्टर वेसल हेड सील​

• Ø5m फ्लैंज, 60-वर्ष रखरखाव-मुक्त, LOCA-प्रतिरोधी
• समाधान: दोहरी इनकोनेल 718 सी-रिंग (प्राथमिक) + बोरोनाइज्ड ग्रेफाइट (बैकअप)

​5.2 मुख्य पंप सील​

• SiC सिरेमिक घूर्णन वलय (2800HV) + पायरोलाइटिक ग्रेफाइट स्थिर वलय
• Hastelloy® C276 धौंकनी समर्थन
• रिसाव: <0.1L/दिन (हुआलोंग वन डेटा)

​5.3 एचटीजीआर हीलियम सिस्टम​

• हेन्स® 230 मिश्र धातु ओ-रिंग (Al₂O₃ लेपित)
• SiC फाइबर-प्रबलित ग्रेफाइट (5× घिसाव प्रतिरोध)

​6. अत्याधुनिक नवाचार​

​6.1 स्मार्ट सेंसिंग सील​

• न्यूट्रॉन क्षति निगरानी: प्रतिरोधकता के माध्यम से डीपीए गणना (त्रुटि <5%)
• एफबीजी ऑप्टिकल फाइबर: वास्तविक समय तनाव निगरानी (±0.1 एमपीए सटीकता)

​6.2 दुर्घटना-सहिष्णु सामग्री​

• स्व-उपचार धातु सील: फील्ड के धातु माइक्रोकैप्सूल (62°C पिघलन-सीलिंग)
• सीवीडी-घनत्वयुक्त ग्रेफाइट: सरंध्रता <0.1%

​6.3 जनरेशन-IV रिएक्टर समाधान​

​त्रि-बाधा दर्शन​

​बाधा 1: धातु सील​

• इनकोनेल 718 15MPa सिस्टम दबाव को 300MPa सीलिंग बल में परिवर्तित करता है
• Zr-मिश्र धातु ईंधन छड़ें: 40GWd/tU बर्नअप पर शून्य रिसाव

​बाधा 2: ग्रेफाइट सील​

• LOCA के दौरान बोरोनाइज्ड ग्रेफाइट बोरोसिलिकेट ग्लास बनाता है
• पायरोलाइटिक ग्रेफाइट उच्च तापमान पर स्व-स्नेहन गैसें छोड़ता है

​बाधा 3: बुद्धिमान निगरानी​

• न्यूट्रॉन सेंसर: 15 साल की पूर्व चेतावनी
• डिजिटल ट्विन भूकंपीय अखंडता का अनुकरण करता है

​भविष्य की दिशाएं​

संलयन रिएक्टरों और एसएमआर के साथ, सीलिंग प्रौद्योगिकी निम्नलिखित दिशा में विकसित होगी:

1. चरम पर्यावरण अनुकूलन (ही-आयन विकिरण/पिघला हुआ नमक संक्षारण)
2. लघुकरण (ईंधन माइक्रोस्फीयर सील <1 मिमी व्यास)
   परमाणु संयंत्रों का 60-वर्षीय सुरक्षित संचालन इन सेंटीमीटर-पैमाने वाले “सीलिंग किलों” पर निर्भर करता है।