ລະບົບປະທັບຕາໂຮງງານໄຟຟ້ານິວເຄຼຍ: ອຸປະສັກດ້ານຄວາມປອດໄພໃນສະພາບທີ່ຮ້າຍແຮງ

ໃນລະບົບວົງຈອນປະຖົມ, ປໍ້າຫຼັກ, ເຄື່ອງກຳເນີດໄອນ້ຳ, ແລະ ລະບົບວາວຂອງໂຮງງານໄຟຟ້ານິວເຄຼຍ, ອົງປະກອບການຜະນຶກທົນທານຕໍ່ສະພາບທີ່ຮຸນແຮງລວມທັງນ້ຳທີ່ມີຄວາມກົດດັນອຸນຫະພູມສູງ 350°C, ລັງສີທີ່ຮຸນແຮງ (10²¹ n/cm²), ການກັດກ່ອນຂອງກົດ boric, ແລະ ການໂຫຼດແຜ່ນດິນໄຫວ. ຄວາມລົ້ມເຫຼວອາດຈະເຮັດໃຫ້ການຮົ່ວໄຫຼຂອງກຳມັນຕະພາບລັງສີ ຫຼື ການປິດເຕົາປະຕິກອນ. ປະທັບຕາໂລຫະ ແລະ ປະທັບຕາ graphite ປະກອບເປັນລະບົບປ້ອງກັນສອງແບບເພື່ອຄວາມປອດໄພຂອງເກາະນິວເຄຼຍຜ່ານຄຸນສົມບັດທີ່ສົມບູນ. ບົດຄວາມນີ້ວິເຄາະເຕັກໂນໂລຊີການຜະນຶກລະດັບນິວເຄຼຍຈາກສີ່ມິຕິຄື: ວິທະຍາສາດວັດສະດຸ, ການອອກແບບໂຄງສ້າງ, ການຕອບສະໜອງຕໍ່ອຸບັດຕິເຫດ, ແລະ ນະວັດຕະກໍາທີ່ທັນສະໄໝ.

​1. ສິ່ງທ້າທາຍທີ່ຮ້າຍແຮງຂອງການຜະນຶກນິວເຄຼຍ​

​ພາລາມິເຕີການດໍາເນີນງານຫຼັກ:

• ​ພະນັກງານຕ້ອນຮັບອຸນຫະພູມ: 350°C/15.5MPa;ບີວີຣ: 290°C/7.2MPa (ການເລືອຄານຂອງວັດສະດຸ → ການສູນເສຍຄວາມກົດດັນສະເພາະຂອງການປະທັບຕາ)
• ​ຄວາມເສຍຫາຍຈາກລັງສີ: ການໄຫຼຂອງນິວຕຣອນໄວ >10²¹ n/cm² (ການແຕກຫັກຂອງໂລຫະ/ການບົດຂອງກຣາໄຟຕ໌)
• ​ການກັດກ່ອນທາງເຄມີ: ກົດໂບຣິກ 1800ppm + LiOH 2.2ppm (ການແຕກການກັດກ່ອນດ້ວຍຄວາມກົດດັນ)
• ​ການໂຫຼດແບບໄດນາມິກ: ການສັ່ນສະເທືອນຂອງທໍ່ສົ່ງ SSE 0.3g + 20mm/s (ການຮົ່ວໄຫຼຂອງທໍ່ສົ່ງທີ່ປະທັບຕາ)

​ຕົວຊີ້ວັດຫຼັກຂອງປະທັບຕານິວເຄຼຍ:

• ອາຍຸການອອກແບບ ≥60 ປີ (ຂໍ້ກຳນົດ EPR Gen-III)
• ອັດຕາການຮົ່ວໄຫຼ ≤1×10⁻⁹ m³/s (ASME III ພາກຜະນວກ)
• ຮັກສາການປະທັບຕາຫຼັງຈາກ LOCA

​2. ປະທັບຕາໂລຫະ: ປ້ອມປາການຕ້ານລັງສີ ແລະ ຄວາມແຂງແຮງສູງ​

​2.1 ວັດສະດຸໂລຫະປະສົມນິວເຄຼຍ​

• Inconel 718: ຕ້ານທານລັງສີ 15 dpa, 950MPa @350°C (ປະທັບຕາປໍ້າຫຼັກ)
• ເຫຼັກສະແຕນເລດ 316LN: ຄວາມຕ້ານທານ 20 dpa, 450MPa @350°C (ໜ້າແປນວົງກົມຫຼັກ)
• ໂລຫະປະສົມ 690: ທົນທານຕໍ່ 25 dpa, ປ້ອງກັນການກັດກ່ອນຕາມຊັ້ນເມັດ (ແຜ່ນທໍ່ເຄື່ອງກຳເນີດໄອນ້ຳ)
• ໂລຫະປະສົມເຊີໂຄນຽມ (Zr-2.5Nb): ຄວາມຕ້ານທານ 100 dpa, 300MPa @400°C (ປະທັບຕາກ້ານນໍ້າມັນເຊື້ອໄຟ)

dpa = ຄວາມເສຍຫາຍຈາກການຍ້າຍຖິ່ນຖານຂອງປະລໍາມະນູ

​2.2 ໂຄງສ້າງທີ່ມີນະວັດຕະກໍາ​

• ​ວົງແຫວນໂລຫະ C ທີ່ສາມາດເພີ່ມພະລັງງານດ້ວຍຕົນເອງໄດ້:
  • ການຂະຫຍາຍແບບລັດສະໝີຂອງລຳແສງສອງໂຄ້ງພາຍໃຕ້ຄວາມກົດດັນ (ການເພີ່ມຄວາມດັນດ້ວຍຕົນເອງ)
  • ການຮົ່ວໄຫຼ <10⁻¹¹ m³/s @15MPa (ການນຳໃຊ້ Westinghouse AP1000)
• ​ເຄື່ອງເຈາະໂລຫະທີ່ເຊື່ອມ:

  • ຟອຍ Hastelloy® C276 ໜາ 50μm 100 ຊັ້ນທີ່ເຊື່ອມດ້ວຍເລເຊີ

  • ຄວາມສາມາດໃນການຊົດເຊີຍແກນ ±15 ມມ (ຕ້ານທານແຜ່ນດິນໄຫວ)

​3. ປະທັບຕາກຣາໄຟທ໌: ຫຼັກຂອງການຫລໍ່ລື່ນສູງ-T ແລະ ການຜະນຶກສຸກເສີນ​

​3.1 ປະສິດທິພາບຂອງກຣາໄຟທ໌ນິວເຄຼຍ​

• ແກຣໄຟດ໌ໄອໂຊສະແຕຕິກ: ຄວາມໜາແໜ້ນ 1.85g/cm³, ຄວາມແຂງແຮງ 90MPa (ກ່ອງບັນຈຸວາວ)
• ແກຣາໄຟທ໌ໄພໂຣໄລຕິກ: ຄວາມໜາແໜ້ນ 2.20g/cm³, μ=0.08 ສຳປະສິດແຮງສຽດທານ (ການຂັບເຄື່ອນຂອງແກນຄວບຄຸມ)
• ແກຣໄຟດ໌ເສີມ SiC: ຄວາມແຂງແຮງ 220MPa, ຄວາມຕ້ານທານ 900°C (HTGRs)
• ກຣາໄຟທ໌ທີ່ຊຶມເຂົ້າກັບໂບຣອນ: ທົນທານຕໍ່ການຜຸພັງ 700°C (ປະທັບຕາສຸກເສີນ LOCA)

​3.2 ນະວັດຕະກໍາໂຄງສ້າງ​

• ​ແຫວນກຣາໄຟດທີ່ມີພະລັງງານຈາກສະປິງ:
  • ສະປິງ Inconel + ປາກ graphite + ວົງແຫວນຕ້ານການອັດ
  • ສູນການຮົ່ວໄຫຼຫຼັງ LOCA (ໄອນ້ຳອີ່ມຕົວ 170°C)
• ​ການຫຸ້ມຫໍ່ Graphite ແຍກ:
  • ການອອກແບບທີ່ຮັດແໜ້ນດ້ວຍຕົນເອງດ້ວຍມຸມລິ້ມ 15°

  • ອາຍຸການໃຊ້ງານ 250,000 ຮອບວຽນ (ວາວນິວເຄລຍ Fisher)

​4. ການຢັ້ງຢືນສະພາບທີ່ຮ້າຍແຮງ​

​4.1 ການທົດສອບຄວາມແກ່ຂອງລັງສີ (ASTM E521)​

• Inconel 718: ການຫຼຸດຜ່ອນຄວາມແຂງແຮງຂອງຜົນຜະລິດ 12% ຫຼັງຈາກການສ່ອງແສງໂປຣຕອນ 3MeV/5dpa
• ກຣາໄຟທ໌ນິວເຄລຍ: ການຮັກສາຄວາມແຂງແຮງ >85% ທີ່ 10²¹ n/cm²

​4.2 ການຈຳລອງ LOCA (IEEE 317-2013)​

• ​ລຳດັບ: 15.5MPa/350℃ ສະພາບຄົງທີ່ → 0.2MPa ໃນ 2 ນາທີ → 24 ຊົ່ວໂມງ ທີ່ 170℃ ໄອນ້ຳ
• ​ເກນ: ປະທັບຕາໂລຫະ <1.0 ການຮົ່ວໄຫຼຂອງ Scc/s; ປະທັບຕາກຣາໄຟ: ບໍ່ມີການຮົ່ວໄຫຼທີ່ເຫັນໄດ້ຊັດເຈນ

​4.3 ການທົດສອບແຜ່ນດິນໄຫວ (ASME QME-1).​

• OBE: ການສັ່ນສະເທືອນ 0.1g/5-35Hz/30s
• SSE: ການຈຳລອງປະຫວັດສາດເວລາ 0.3g
• ຄວາມຜັນຜວນຂອງການຮົ່ວໄຫຼຫຼັງການສັ່ນສະເທືອນ <10%

​5. ຄໍາຮ້ອງສະຫມັກທົ່ວໄປ​

​5.1 ປະທັບຕາຫົວຖັງປະຕິກອນ​

• ໜ້າແປນ Ø5m, ບໍ່ຕ້ອງບຳລຸງຮັກສາ 60 ປີ, ທົນທານຕໍ່ LOCA
• ວິທີແກ້ໄຂ: ວົງແຫວນ C Inconel 718 ຄູ່ (ຫຼັກ) + ແກຣໄຟທ໌ໂບຣອນໄນສ໌ (ສຳຮອງ)

​5.2 ປະທັບຕາປໍ້າຫຼັກ​

• ວົງແຫວນໝູນເຊລາມິກ SiC (2800HV) + ວົງແຫວນແກຣໄຟທ໌ໄພໂຣໄລຕິກ
• ຮອງຮັບທໍ່ລະບາຍອາກາດ Hastelloy® C276
• ການຮົ່ວໄຫຼ: <0.1 ລິດ/ມື້ (ຂໍ້ມູນ Hualong One)

​5.3 ລະບົບຮີລຽມ HTGR​

• ວົງແຫວນໂລຫະປະສົມ Haynes® 230 (ເຄືອບດ້ວຍ Al₂O₃)
• ແກຣໄຟດ໌ເສີມດ້ວຍເສັ້ນໄຍ SiC (ທົນທານຕໍ່ການສວມໃສ່ 5 ເທົ່າ)

​6. ນະວັດຕະກໍາທີ່ທັນສະໄໝ​

​6.1 ປະທັບຕາຮັບຮູ້ອັດສະລິຍະ​

• ການຕິດຕາມກວດກາຄວາມເສຍຫາຍຂອງນິວຕຣອນ: ການຄິດໄລ່ dpa ຜ່ານຄວາມຕ້ານທານ (ຄວາມຜິດພາດ <5%)
• ເສັ້ນໄຍແກ້ວນຳແສງ FBG: ການຕິດຕາມກວດກາຄວາມຕຶງຄຽດໃນເວລາຈິງ (ຄວາມຖືກຕ້ອງ ±0.1MPa)

​6.2 ວັດສະດຸທີ່ທົນທານຕໍ່ອຸບັດຕິເຫດ​

• ປະທັບຕາໂລຫະທີ່ຮັກສາຕົວເອງໄດ້: ແຄບຊູນໂລຫະຂະໜາດນ້ອຍຂອງ Field (ປະທັບຕາລະລາຍ 62°C)
• ແກຣໄຟທ໌ທີ່ມີຄວາມໜາແໜ້ນຂອງ CVD: ຄວາມพรຸນ <0.1%

​6.3 ວິທີແກ້ໄຂເຕົາປະຕິກອນ Gen-IV​

​ປັດຊະຍາສາມອຸປະສັກ​

​ສິ່ງກີດຂວາງ 1: ປະທັບຕາໂລຫະ​

• Inconel 718 ປ່ຽນຄວາມດັນຂອງລະບົບ 15MPa ເປັນແຮງປະທັບຕາ 300MPa
• ແທ່ງນໍ້າມັນເຊື້ອໄຟໂລຫະປະສົມ Zr: ບໍ່ມີການຮົ່ວໄຫຼທີ່ການເຜົາໄໝ້ 40GWd/tU

​ສິ່ງກີດຂວາງທີ 2: ປະທັບຕາກຣາໄຟທ໌​

• ກຣາໄຟທ໌ໂບຣອນໄນສ໌ປະກອບເປັນແກ້ວໂບໂຣຊິລິເຄດໃນລະຫວ່າງ LOCA
• ແກຣໄຟ Pyrolytic ປ່ອຍອາຍແກັສຫລໍ່ລື່ນດ້ວຍຕົນເອງໃນອຸນຫະພູມສູງ

​ອຸປະສັກທີ 3: ການຕິດຕາມກວດກາອັດສະລິຍະ​

• ເຊັນເຊີນິວຕຣອນ: ການເຕືອນໄພລ່ວງໜ້າ 15 ປີ
• ຄູ່ແຝດດິຈິຕອລຈຳລອງຄວາມສົມບູນຂອງແຜ່ນດິນໄຫວ

​ທິດທາງໃນອະນາຄົດ​

ດ້ວຍເຕົາປະຕິກອນປະສົມ ແລະ SMRs, ເຕັກໂນໂລຊີການຜະນຶກຈະພັດທະນາໄປສູ່:

1. ການປັບຕົວເຂົ້າກັບສະພາບແວດລ້ອມທີ່ຮຸນແຮງ (ການສ່ອງແສງ He-ion/ການກັດກ່ອນເກືອລະລາຍ)
2. ການຫຍໍ້ຂະໜາດ (ປະທັບຕາຈຸນລະພາກນໍ້າມັນເຊື້ອໄຟທີ່ມີເສັ້ນຜ່າສູນກາງ <1 ມມ)
   ການດຳເນີນງານຢ່າງປອດໄພ 60 ປີຂອງໂຮງງານນິວເຄຼຍແມ່ນອີງໃສ່ “ປ້ອມປິດ” ຂະໜາດຊັງຕີແມັດເຫຼົ່ານີ້.