ბირთვული ელექტროსადგურების პირველად მარყუჟში, მთავარ ტუმბოებში, ორთქლის გენერატორებსა და სარქვლის სისტემებში, დალუქვის კომპონენტები უძლებენ ექსტრემალურ პირობებს, მათ შორის 350°C მაღალი ტემპერატურის წნევით წყალს, ინტენსიურ რადიაციას (10²¹ ნ/სმ²), ბორის მჟავას კოროზიას და სეისმურ დატვირთვებს. დაზიანებამ შეიძლება გამოიწვიოს რადიოაქტიური გაჟონვა ან რეაქტორის გამორთვა. ლითონის და გრაფიტის დალუქვის სისტემები ქმნიან ორმაგი დაცვის სისტემას ბირთვული კუნძულის უსაფრთხოებისთვის დამატებითი თვისებების მეშვეობით. ეს სტატია აანალიზებს ბირთვული დონის დალუქვის ტექნოლოგიას ოთხი განზომილებიდან: მასალათმცოდნეობა, სტრუქტურული დიზაინი, ავარიებზე რეაგირება და უახლესი ინოვაციები.
1. ბირთვული დალუქვის უკიდურესი გამოწვევები
ძირითადი ოპერაციული პარამეტრები:
- PWR: 350°C/15.5MPa;BWR: 290°C/7.2MPa (მასალის ცოცვა → დალუქვის სპეციფიკური წნევის დაკარგვა)
- რადიაციული დაზიანებასწრაფი ნეიტრონების ფლუენცია >10²¹ ნ/სმ² (ლითონის მსხვრევადობა/გრაფიტის დაფხვნილება)
- ქიმიური კოროზია: 1800 ppm ბორის მჟავა + 2.2 ppm LiOH (სტრესული კოროზიის ბზარები)
- დინამიური დატვირთვებიSSE 0.3 გ + 20 მმ/წმ მილსადენის ვიბრაცია (დალუქვის ინტერფეისის მიკრო-სრიალა გაჟონვა)
ბირთვული ბეჭდის ძირითადი მაჩვენებლები:
- დიზაინის სიცოცხლის ხანგრძლივობა ≥60 წელი (EPR Gen-III მოთხოვნა)
- გაჟონვის სიჩქარე ≤1×10⁻⁹ მ³/წმ (ASME III დანართი)
- LOCA-ს შემდეგ დალუქვის შენარჩუნება
2. ლითონის საკეტები: დაცვა რადიაციისგან და მაღალი სიმტკიცე
2.1 ბირთვული შენადნობის მასალები
- Inconel 718: უძლებს 15 dpa გამოსხივებას, 950MPa @350°C (ძირითადი ტუმბოს დალუქვები)
- 316LN უჟანგავი ფოლადი: 20 dpa წინააღმდეგობა, 450MPa @350°C (ძირითადი მარყუჟის ფლანგები)
- შენადნობი 690: 25 dpa წინააღმდეგობა, იმუნური მარცვლოვანთაშორისი კოროზიის მიმართ (ორთქლის გენერატორის მილისებრი ფურცლები)
- ცირკონიუმის შენადნობი (Zr-2.5Nb): 100 dpa წინააღმდეგობა, 300MPa @400°C (საწვავის ღეროს დალუქვა)
dpa = ატომური გადაადგილების დაზიანება
2.2 ინოვაციური სტრუქტურები
- თვითგამამხნევებელი ლითონის C-რგოლები:
- ორმაგი თაღოვანი სხივის რადიალური გაფართოება წნევის ქვეშ (წნევის თვითგაძლიერება)
- <10⁻¹¹ მ³/წმ გაჟონვა @15MPa (Westinghouse AP1000 აპლიკაცია)
- შედუღებული ლითონის ბუშტები:
-
50 მკმ Hastelloy® C276 ფოლგის 100 ლაზერით შედუღებული ფენა
- ±15 მმ ღერძული კომპენსაციის ტევადობა (სეისმური წინააღმდეგობა)
-
3. გრაფიტის დალუქვის საშუალებები: მაღალი ტოლერანტობის შეზეთვისა და საგანგებო დალუქვის ბირთვი
3.1 ბირთვული გრაფიტის მუშაობა
- იზოსტატიკური გრაფიტი: 1.85 გ/სმ³ სიმკვრივე, 90 მპა სიმტკიცე (სარქვლის შემავსებელი ყუთები)
- პიროლიზური გრაფიტი: 2.20 გ/სმ³ სიმკვრივე, μ=0.08 ხახუნის კოეფიციენტი (საკონტროლო ღეროს ამძრავები)
- SiC-ით გამაგრებული გრაფიტი: 220MPa სიმტკიცე, 900°C წინააღმდეგობა (HTGRs)
- ბორით ინფილტრირებული გრაფიტი: 700°C დაჟანგვისადმი მდგრადობა (LOCA-ს საგანგებო დალუქვის სისტემები)
3.2 სტრუქტურული ინოვაციები
- ზამბარით გაძლიერებული გრაფიტის რგოლები:
- ინკონელის ზამბარა + გრაფიტის ტუჩი + ანტიექსტრუზიული რგოლი
- ნულოვანი გაჟონვა LOCA-ს შემდეგ (170°C გაჯერებული ორთქლი)
- გაყოფილი გრაფიტის შეფუთვა:
- 15°-იანი სოლისებრი კუთხის თვითდამჭიმავი დიზაინი
-
250,000 ციკლის სიცოცხლის ხანგრძლივობა (ფიშერის ბირთვული სარქველები)
4. ექსტრემალური მდგომარეობის შემოწმება
4.1 რადიაციული დაბერების ტესტი (ASTM E521)
- Inconel 718: 3MeV პროტონული/5dpa დასხივების შემდეგ დენადობის ზღვარის 12%-ით შემცირება
- ბირთვული გრაფიტი: >85%-იანი სიმტკიცის შენარჩუნებით 10²¹ ნ/სმ²-ზე
4.2 LOCA სიმულაცია (IEEE 317-2013)
- თანმიმდევრობა: 15.5MPa/350℃ სტაციონარული მდგომარეობა → 0.2MPa 2 წუთში → 24 სთ 170℃ ორთქლზე
- კრიტერიუმებილითონის საკეტები <1.0 Scc/s გაჟონვა; გრაფიტის საკეტები: ხილული გაჟონვა არ არის
4.3 სეისმური ტესტირება (ASME QME-1).
- OBE: 0.1 გ/5-35 ჰერცი/30 წმ ვიბრაცია
- SSE: 0.3g დროის ისტორიის სიმულაცია
- ვიბრაციის შემდგომი გაჟონვის რყევა <10%
5. ტიპიური გამოყენება
5.1 რეაქტორის ჭურჭლის თავის დალუქვის საშუალებები
- Ø5 მ ფლანგი, 60 წლიანი მოვლა-პატრონობის გარეშე, LOCA-ს მიმართ მდგრადი
- გამოსავალი: ორმაგი Inconel 718 C-რგოლები (ძირითადი) + ბორიზებული გრაფიტი (სარეზერვო)
5.2 მთავარი ტუმბოს დალუქვის საშუალებები
- SiC კერამიკული მბრუნავი რგოლი (2800HV) + პიროლიზური გრაფიტის სტაციონარული რგოლი
- Hastelloy® C276 ბუშტის საყრდენი
- გაჟონვა: <0.1 ლ/დღეში (Hualong One-ის მონაცემები)
5.3 HTGR ჰელიუმის სისტემები
- Haynes® 230 შენადნობის ო-რგოლი (Al₂O₃ დაფარული)
- SiC ბოჭკოვანი გამაგრებული გრაფიტი (5× ცვეთისადმი მდგრადობა)
6. უახლესი ინოვაციები
6.1 ჭკვიანი სენსორული დალუქვის სისტემები
- ნეიტრონების დაზიანების მონიტორინგი: dpa-ს გამოთვლა წინაღობის მიხედვით (შეცდომა <5%)
- FBG ოპტიკური ბოჭკო: რეალურ დროში დატვირთვის მონიტორინგი (±0.1MPa სიზუსტე)
6.2 ავარიებისადმი მდგრადი მასალები
- თვითაღდგენილი ლითონის დალუქვის საშუალებები: Field-ის ლითონის მიკროკაფსულები (62°C დნობით დალუქვის მეთოდი)
- CVD-დენსფიცირებული გრაფიტი: ფორიანობა <0.1%
6.3 IV თაობის რეაქტორის გადაწყვეტილებები
| რეაქტორის ტიპი | დალუქვის ხსნარი |
|---|---|
| ნატრიუმით გაცივებული | Ta-ით დაფარული C-რგოლი + BN შეფუთვა |
| გამდნარი მარილი | Hastelloy N® + პიროლიზური გრაფიტი |
| შერწყმა | W-გამაგრებული გრაფიტი + თხევადი Li |
სამმაგი ბარიერის ფილოსოფია
ბარიერი 1: ლითონის საკეტები
- Inconel 718 15MPa სისტემის წნევას 300MPa დალუქვის ძალად გარდაქმნის.
- Zr-შენადნობის საწვავის ღეროები: ნულოვანი გაჟონვა 40 გვტ/ტ წვის დროს
ბარიერი 2: გრაფიტის დალუქვები
- ბორიზებული გრაფიტი LOCA-ს დროს ბოროსილიკატურ მინას წარმოქმნის
- პიროლიზური გრაფიტი მაღალ ტემპერატურაზე გამოყოფს თვითშეზეთვად აირებს
ბარიერი 3: ინტელექტუალური მონიტორინგი
- ნეიტრონული სენსორები: 15 წლიანი ადრეული გაფრთხილება
- ციფრული ტყუპი ახდენს სეისმური მთლიანობის სიმულირებას
მომავლის მიმართულებები
თერმობირთვული რეაქტორებისა და მცირე მაგნიტური რეაქტორების გამოყენებით, დალუქვის ტექნოლოგია განვითარდება შემდეგი მიმართულებით:
- ექსტრემალური გარემოს ადაპტაცია (H-იონური დასხივება/გამდნარი მარილის კოროზია)
- მინიატურიზაცია (საწვავის მიკროსფეროების დალუქვის საშუალებები <1 მმ დიამეტრით)
ატომური ელექტროსადგურების 60-წლიანი უსაფრთხო ფუნქციონირება ამ სანტიმეტრის მასშტაბის „დამცავ ციხესიმაგრეებზეა“ დამოკიდებული.
გამოქვეყნების დრო: 2025 წლის 16 ივნისი