Ատոմակայանների առաջնային օղակում, գլխավոր պոմպերում, գոլորշու գեներատորներում և փականային համակարգերում կնքման բաղադրիչները դիմակայում են ծայրահեղ պայմաններին, ներառյալ 350°C բարձր ջերմաստիճանի ճնշման տակ գտնվող ջուրը, ինտենսիվ ճառագայթումը (10²¹ ն/սմ²), բորաթթվային կոռոզիան և սեյսմիկ բեռները: Խափանումը կարող է հանգեցնել ռադիոակտիվ արտահոսքի կամ ռեակտորի անջատման: Մետաղական և գրաֆիտային կնքումները կազմում են միջուկային կղզու անվտանգության կրկնակի պաշտպանության համակարգ՝ լրացուցիչ հատկությունների միջոցով: Այս հոդվածը վերլուծում է միջուկային որակի կնքման տեխնոլոգիան չորս չափումներից՝ նյութագիտություն, կառուցվածքային նախագծում, վթարների արձագանքում և առաջատար նորարարություն:
1. Միջուկային կնքման ծայրահեղ մարտահրավերները
Հիմնական շահագործման պարամետրեր:
- ՊՎՌ350°C/15.5 ՄՊա;Բևեռային հոսք: 290°C/7.2MPa (նյութի սողք → կնքման հատուկ ճնշման կորուստ)
- Ռադիացիոն վնասԱրագ նեյտրոնային հոսք >10²¹ ն/սմ² (մետաղի փխրունություն/գրաֆիտի փոշիացում)
- Քիմիական կոռոզիա1800 ppm բորաթթու + 2.2 ppm LiOH (լարվածության կոռոզիայի ճաքերի առաջացում)
- Դինամիկ բեռներSSE 0.3 գ + 20 մմ/վ խողովակաշարի թրթռում (կնքման միջերեսի միկրոսահքի արտահոսք)
Միջուկային կնիքների հիմնական չափանիշներ:
- Նախագծային կյանքի տևողությունը ≥60 տարի (EPR Gen-III պահանջ)
- Արտահոսքի արագություն ≤1×10⁻⁹ մ³/վ (ASME III հավելված)
- Պահպանեք կնքումը LOCA-ից հետո
2. Մետաղական կնիքներ. ամրոց ճառագայթման դեմ և բարձր ամրություն
2.1 Միջուկային համաձուլվածքների նյութեր
- Inconel 718: Դիմադրում է 15 dpa ճառագայթման, 950MPa @350°C (գլխավոր պոմպի կնիքներ)
- 316LN չժանգոտվող պողպատ. 20 dpa դիմադրություն, 450MPa @350°C (հիմնական օղակաձև եզրեր)
- Ալյումինե 690: 25 dpa դիմադրություն, անխոցելի միջհատիկային կոռոզիայից (գոլորշու գեներատորի խողովակային թերթեր)
- Ցիրկոնիումի համաձուլվածք (Zr-2.5Nb): 100 dpa դիմադրություն, 300MPa @400°C (վառելիքի ձողերի կնիքներ)
dpa = ատոմային տեղաշարժի վնաս
2.2 Նորարարական կառույցներ
- Ինքնաէներգետիկ մետաղական C-օղակներ:
- Երկկամար ճառագայթի ճառագայթային ընդարձակում ճնշման տակ (ճնշման ինքնաճզմում)
- <10⁻¹¹ մ³/վրկ արտահոսք @15 ՄՊա (Westinghouse AP1000 կիրառություն)
- Եռակցված մետաղական փչակներ:
-
50 մկմ Hastelloy® C276 փայլաթիթեղի 100 լազերային եռակցված շերտեր
- ±15 մմ առանցքային փոխհատուցման հզորություն (սեյսմիկ դիմադրություն)
-
3. Գրաֆիտային կնիքներ. Բարձր թրթռման յուղման և արտակարգ կնիքների միջուկը
3.1 Միջուկային գրաֆիտի կատարողականություն
- Իզոստատիկ գրաֆիտ՝ 1.85 գ/սմ³ խտություն, 90 ՄՊա ամրություն (փականների լցոնման տուփեր)
- Պիրոլիտիկ գրաֆիտ՝ 2.20 գ/սմ³ խտություն, μ=0.08 շփման գործակից (կառավարման ձողերի շարժիչներ)
- SiC-ամրացված գրաֆիտ. 220 ՄՊա ամրություն, 900°C դիմադրություն (HTGRs)
- Բորով ներթափանցված գրաֆիտ. 700°C օքսիդացման դիմադրություն (LOCA արտակարգ կնիքներ)
3.2 Կառուցվածքային նորարարություններ
- Զսպանակային էներգիայով աշխատող գրաֆիտային օղակներ:
- Ինկոնել զսպանակ + գրաֆիտային շուրթ + հակաարտամղիչ օղակ
- LOCA-ից հետո զրոյական արտահոսք (170°C հագեցած գոլորշի)
- Բաժանված գրաֆիտի փաթեթավորում:
- 15° սեպաձև անկյան տակ ինքնաամրացվող դիզայն
-
250,000 ցիկլի կյանքի տևողություն (Fisher միջուկային փականներ)
4. Ծայրահեղ վիճակի ստուգում
4.1 Ճառագայթային ծերացման թեստ (ASTM E521)
- Inconel 718: 3MeV պրոտոնային/5dpa ճառագայթումից հետո հոսունության սահմանի 12% նվազում
- Միջուկային գրաֆիտ. >85% ամրության պահպանում 10²¹ ն/սմ²-ում
4.2 LOCA մոդելավորում (IEEE 317-2013)
- Հաջորդականություն15.5 ՄՊա/350℃ կայուն վիճակ → 0.2 ՄՊա 2 րոպեում → 24 ժամ 170℃ գոլորշու դեպքում
- ՉափանիշներՄետաղական կնիքներ <1.0 Scc/s արտահոսք; Գրաֆիտային կնիքներ՝ տեսանելի արտահոսք չկա
4.3 Սեյսմիկ փորձարկում (ASME QME-1):
- OBE: 0.1 գ/5-35 Հց/30 վայրկյան թրթռում
- SSE: 0.3g ժամանակի պատմության սիմուլյացիա
- Հետթրթռումային արտահոսքի տատանում <10%
5. Տիպիկ կիրառություններ
5.1 Ռեակտորի անոթի գլխիկի կնիքներ
- Ø5 մ եզր, 60 տարի սպասարկման կարիք չունի, LOCA-ի նկատմամբ դիմացկուն է
- Լուծում. Երկակի Inconel 718 C-օղակներ (հիմնական) + բորացված գրաֆիտ (պահեստային)
5.2 Գլխավոր պոմպի կնիքներ
- SiC կերամիկական պտտվող օղակ (2800HV) + պիրոլիտիկ գրաֆիտային անշարժ օղակ
- Hastelloy® C276 փչովի հենարան
- Արտահոսք՝ <0.1 լ/օր (Հուալոնգ Ուանի տվյալներ)
5.3 HTGR հելիումային համակարգեր
- Haynes® 230 համաձուլվածքից պատրաստված օ-օղակ (Al₂O₃ ծածկույթով)
- SiC մանրաթելով ամրացված գրաֆիտ (5× մաշվածության դիմադրություն)
6. Առաջադեմ նորարարություններ
6.1 Խելացի զգայարանային կնիքներ
- Նեյտրոնային վնասի մոնիթորինգ. dpa հաշվարկը դիմադրության միջոցով (սխալ <5%)
- FBG օպտիկական մանրաթել. իրական ժամանակի լարվածության մոնիթորինգ (±0.1 ՄՊա ճշգրտություն)
6.2 Վթարակայուն նյութեր
- Ինքնաբուժվող մետաղական կնիքներ. Field-ի մետաղական միկրոկապսուլներ (62°C հալեցմամբ կնիք)
- CVD-խտացված գրաֆիտ. ծակոտկենություն <0.1%
6.3 IV սերնդի ռեակտորի լուծումներ
| Ռեակտորի տեսակը | Կնքման լուծույթ |
|---|---|
| Նատրիումով սառեցված | Ta-պատված C-օղակ + BN փաթեթավորում |
| Հալված աղ | Hastelloy N® + պիրոլիտիկ գրաֆիտ |
| Ֆյուժն | W-ամրացված գրաֆիտ + հեղուկ լիթիում |
Եռակի արգելքի փիլիսոփայություն
Արգելք 1. Մետաղական կնիքներ
- Inconel 718-ը 15 ՄՊա համակարգի ճնշումը վերածում է 300 ՄՊա կնքման ուժի
- Zr-համաձուլվածքով վառելիքային ձողեր. զրոյական արտահոսք 40 ԳՎտ/տ այրման դեպքում
Արգելք 2. Գրաֆիտային կնիքներ
- Բորացված գրաֆիտը LOCA-ի ընթացքում առաջացնում է բորոսիլիկատային ապակի։
- Պիրոլիտիկ գրաֆիտը բարձր ջերմաստիճաններում արտանետում է ինքնաշաղախ գազեր
Խոչընդոտ 3. Խելացի մոնիթորինգ
- Նեյտրոնային սենսորներ. 15 տարվա վաղ նախազգուշացում
- Թվային երկվորյակը մոդելավորում է սեյսմիկ ամբողջականությունը
Ապագա ուղղություններ
Միաձուլման ռեակտորների և փոքր ռեակտորների միջոցով կնքման տեխնոլոգիան կզարգանա դեպի՝
- Ծայրահեղ միջավայրի հարմարվողականություն (He-իոնային ճառագայթում/հալված աղի կոռոզիա)
- Մանրադիտացում (վառելիքի միկրոսֆերային կնիքներ <1 մմ տրամագծով)
Ատոմակայանների 60-ամյա անվտանգ գործունեությունը կախված է այս սանտիմետրաչափ «կնքող ամրոցներից»։
Հրապարակման ժամանակը. Հունիս-16-2025