Ատոմակայանների կնքման համակարգեր. Անվտանգության արգելապատնեշներ ծայրահեղ պայմաններում

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 չափանիշները:

• 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 կնքում)
• CVD-խտացված գրաֆիտ. ծակոտկենություն <0.1%

|6.3 IV սերնդի ռեակտորի լուծումներ|

|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՝

1. Ծայրահեղ միջավայրի հարմարվողականություն (He-իոնային ճառագայթում/հալված աղի կոռոզիա)
2. Մանրադիտացում (վառելիքի միկրոսֆերային կնիքներ <1 մմ տրամագծով)
   Ատոմակայանների 60-ամյա անվտանգ գործունեությունը կախված է այս սանտիմետրաչափ «կնքող ամրոցներից»։