Sistemet e Vulosjes së Centraleve Bërthamore: Barrierat e Sigurisë në Kushte Ekstreme

Në ciklin parësor, pompat kryesore, gjeneratorët e avullit dhe sistemet e valvulave të centraleve bërthamore, përbërësit e vulosjes i rezistojnë kushteve ekstreme, duke përfshirë ujin nën presion në temperaturë të lartë 350°C, rrezatimin intensiv (10²¹ n/cm²), korrozionin e acidit borik dhe ngarkesat sizmike. Dështimi mund të shkaktojë rrjedhje radioaktive ose mbylljen e reaktorit. Vulosjet metalike dhe vulosjet e grafitit formojnë një sistem mbrojtjeje të dyfishtë për sigurinë e ishullit bërthamor përmes vetive plotësuese. Ky artikull analizon teknologjinë e vulosjes së gradës bërthamore nga katër dimensione: shkenca e materialeve, projektimi strukturor, reagimi ndaj aksidenteve dhe inovacioni i përparuar.

​1. Sfidat ekstreme të izolimit bërthamor​

​Parametrat kryesorë të funksionimit:

• ​PWR: 350°C/15.5MPa;BWR: 290°C/7.2MPa (zvarritje e materialit → humbje e presionit specifik të vulosjes)
• ​Dëmtimi nga rrezatimiFluencë e shpejtë e neutroneve >10²¹ n/cm² (brishtësia e metalit/pulverizimi i grafitit)
• ​Korrozioni Kimik: 1800 ppm acid borik + 2.2 ppm LiOH (plasaritje nga korrozioni i stresit)
• ​Ngarkesa DinamikeDridhje e tubacionit SSE 0.3g + 20mm/s (rrjedhje mikro-rrëshqitëse e ndërfaqes së vulosjes)

​Metrikat kryesore të vulës bërthamore:

• Jetëgjatësia e projektimit ≥60 vjet (kërkesa EPR Gen-III)
• Shkalla e rrjedhjes ≤1×10⁻⁹ m³/s (Shtojca ASME III)
• Mbani vulosjen pas LOCA-s

​2. Vulosje metalike: Fortësi kundër rrezatimit dhe rezistencë e lartë​

​2.1 Materialet e Lidhjeve Bërthamore​

• Inconel 718: Reziston ndaj rrezatimit 15 dpa, 950MPa @350°C (guarnicionet kryesore të pompës)
• Çelik inox 316LN: rezistencë 20 dpa, 450MPa @350°C (flanxhat kryesore me lak)
• Aliazh 690: rezistencë 25 dpa, imun ndaj korrozionit ndërgranular (fletë tubash të gjeneratorit të avullit)
• Aliazh zirkoniumi (Zr-2.5Nb): rezistencë 100 dpa, 300MPa @400°C (guarnicione shufrash karburanti)

dpa = dëmtim i zhvendosjes atomike

​2.2 Struktura Inovative​

• ​Unaza C metalike vetë-energjizuese:
  • Zgjerimi radial i rrezes me dy hark nën presion (vetë-përmirësim i presionit)
  • <10⁻¹¹ m³/s rrjedhje @15MPa (aplikimi Westinghouse AP1000)
• ​Shakulla metalike të salduara:

  • 100 shtresa të ngjitura me lazer të fletës Hastelloy® C276 50μm

  • Kapaciteti i kompensimit aksial ±15 mm (rezistenca sizmike)

​3. Vulosje grafiti: Thelbi i lubrifikimit me T të Lartë dhe Vulosjes së Emergjencës​

​3.1 Performanca e Grafitit Bërthamor​

• Grafit izostatik: dendësi 1.85g/cm³, forcë 90MPa (kuti mbushëse valvulash)
• Grafit pirolitik: dendësi 2.20g/cm³, koeficienti i fërkimit μ=0.08 (ngasjet e shufrës së kontrollit)
• Grafit i përforcuar me SiC: forcë 220MPa, rezistencë 900°C (HTGR)
• Grafit i infiltruar nga bor: Rezistencë ndaj oksidimit 700°C (guarnicione emergjente LOCA)

​3.2 Inovacione Strukturore​

• ​Unaza grafiti të energjizuara nga pranvera:
  • Sustë Inconel + buzë grafiti + unazë anti-nxjerrje
  • Zero rrjedhje pas LOCA (avull i ngopur 170°C)
• ​Paketimi i Grafitit të Ndarë:
  • Dizajn vetë-shtrëngues me kënd pykë 15°

  • Jetëgjatësi 250,000 cikle (valvulat bërthamore Fisher)

​4. Verifikimi i Gjendjes Ekstreme​

​4.1 Testi i Plakjes nga Rrezatimi (ASTM E521)​

• Inconel 718: Ulje e kufirit të rrjedhshmërisë prej 12% pas rrezatimit 3MeV proton/5dpa
• Grafit bërthamor: >85% mbajtje e forcës në 10²¹ n/cm²

​4.2 Simulimi LOCA (IEEE 317-2013)​

• ​Sekuencë: 15.5MPa/350℃ gjendje e qëndrueshme → 0.2MPa në 2 minuta → 24 orë në 170℃ avull
• ​KriteretVulosje metalike <1.0 rrjedhje Scc/s; Vulosje grafiti: pa rrjedhje të dukshme

​4.3 Testimi Sizmik (ASME QME-1).​

• OBE: dridhje 0.1g/5-35Hz/30s
• SSE: Simulim i historikut kohor 0.3g
• Luhatja e rrjedhjes pas dridhjeve <10%

​5. Zbatime tipike​

​5.1 Vulosjet e Kokës së Enës së Reaktorit​

• Fllanxhë Ø5m, 60 vjet pa mirëmbajtje, rezistente ndaj LOCA
• Zgjidhja: Unaza C të dyfishta Inconel 718 (primare) + grafit i boronizuar (rezervë)

​5.2 Vulosjet kryesore të pompës​

• Unazë rrotulluese qeramike SiC (2800HV) + unazë stacionare grafiti pirolitik
• Mbështetëse me shakull Hastelloy® C276
• Rrjedhje: <0.1L/ditë (të dhënat e Hualong One)

​5.3 Sistemet e Heliumit HTGR​

• Unazë O prej aliazhi Haynes® 230 (e veshur me Al₂O₃)
• Grafit i përforcuar me fibra SiC (rezistencë ndaj konsumimit 5×)

​6. Inovacione të Avancuara​

​6.1 Vula inteligjente me sensorë​

• Monitorimi i dëmtimit të neutroneve: llogaritja e dpa nëpërmjet rezistencës (gabimi <5%)
• Fibër optike FBG: monitorim i stresit në kohë reale (saktësia ± 0.1MPa)

​6.2 Materiale rezistente ndaj aksidenteve​

• Vula metalike vetë-shëruese: Mikrokapsula metalike Field (vulosje me shkrirje 62°C)
• Grafit i dendësuar me CVD: poroziteti <0.1%

​6.3 Zgjidhje për Reaktorët e Gjeneratës IV​

​Filozofia e Barrierës së Trefishtë​

​Pengesa 1: Vula metalike​

• Inconel 718 konverton presionin e sistemit prej 15MPa në forcën e vulosjes prej 300MPa
• Shufra karburanti prej aliazh Zr: zero rrjedhje në djegie prej 40GWd/tU

​Pengesa 2: Vula grafiti​

• Grafiti i boronizuar formon qelq borosilikat gjatë LOCA-s
• Grafiti pirolitik lëshon gazra vetë-lubrifikues në temperatura të larta

​Pengesa 3: Monitorimi Inteligjent​

• Sensorët e neutroneve: paralajmërim i hershëm 15-vjeçar
• Binjaku dixhital simulon integritetin sizmik

​Drejtimet e së Ardhmes​

Me reaktorët e bashkimit dhe reaktorët SMR, teknologjia e vulosjes do të evoluojë drejt:

1. Përshtatje ekstreme me mjedisin (rrezatim me jone He/korrozioni i kripës së shkrirë)
2. Miniaturizimi (vula të mikrosferave të karburantit <1 mm në diametër)
   Funksionimi i sigurt 60-vjeçar i centraleve bërthamore mbështetet në këto "fortesa vulosëse" në shkallë centimetri.