Geavanceerde reactorvaten versterken de normen voor nucleaire veiligheid

Stel je een stalen reus voor die diep in de kern van een kerncentrale begraven ligt, die onvoorstelbare druk en straling doorstaat terwijl hij de mensheid beschermt tegen de zoektocht naar schone energie.Dit is de reactor drukvat (RPV)Dit artikel gaat in op deze kritieke component en onderzoekt de uitzonderlijke techniek, de rigoureuze materiaalkeuze en de evoluerende veiligheidstechnologieën..

Het drukvat van de reactor is een essentieel onderdeel van kerncentrales en fungeert als een robuust fort dat het koelmiddel van de reactor, de kernbescherming en de brandstofassemblages omhult.In tegenstelling tot de RBMK-reactoren uit de Sovjet-tijdDe meeste moderne kerncentrales zijn afhankelijk van RPV's voor veiligheid.Terwijl reactoren meestal worden ingedeeld op koelmiddeltype in plaats van op vatconfiguratie, de aanwezigheid en het ontwerp van het drukvat hebben een directe invloed op de veiligheid en de efficiëntie van een installatie.

Gemene reactorclassificaties omvatten:

• Lichtewaterreactoren (LWR):Het meest gebruikte type, met inbegrip van drukwaterreactoren (PWR's) en kokendwaterreactoren (BWR's).
• met een vermogen van meer dan 10 W;Een voorbeeld hiervan is de reactor van Tsjernobyl RBMK, met ontwerpen die sterk verschillen van de meeste civiele kerncentrales over de hele wereld.
• Gasgekoelde thermische reactoren:Het gaat hierbij om geavanceerde gasgekoelde reactoren (AGR's), gasgekoelde snelle breederreactoren en hoogtemperatuurgasgekoelde reactoren.
• onder druk geplaatste zwarewaterreactoren (PHWR's):Het gebruik van zwaar water (verrijkt met deuterium) als moderator of koelmiddel.
• met een vermogen van niet meer dan 50 WHet gebruik van gesmolten metalen zoals natrium- of loodbismutlegeringen voor koeling.
• met een vermogen van niet meer dan 50 W;Met behulp van gesmolten zouten op basis van fluoride als koelmiddel werken MSR's bij hoge temperaturen en lage druk en verminderen de spanning op reactorvaten.

Onder de belangrijkste reactortypen die drukvaten gebruiken, worden PWR's geconfronteerd met een bijzondere uitdaging: neutronenbestraling (of neutronenfluens) tijdens de werking maakt het vatmateriaal geleidelijk broos.BWR-vaten zijn groter en bieden een betere neutronenbeschermingHoewel dit de productiekosten verhoogt, is er geen behoefte aan gluren om de levensduur te verlengen.

Om de levensduur van PWR-vaartuigen te verlengen, ontwikkelen nucleaire dienstverleners zoals Framatome (voorheen Areva) en exploitanten gloeitechnologieën.een hoogwaardig proces dat tot doel heeft de door langdurige bestraling aangetaste materiële eigenschappen te herstellen.

Ondanks de ontwerpvariaties hebben alle PWR-drukvaten belangrijke kenmerken gemeen:

• Gevaarlijke lading:Het grootste onderdeel bevat brandstofassemblages, koelmiddel en ondersteunende structuren.
• Vaartuigkop:Aan de bovenkant bevestigd, met doorbraken voor stuurstang aandrijvingen en koelmiddelniveau sondes.
• Brandstofcombinaties:"Technische apparatuur" voor de "ontwikkeling" of "ontwikkeling" van "technische apparatuur" voor de "ontwikkeling" van "technische apparatuur".
• Kernbescherming:Een cilindrische barrière die het vat beschermt tegen snelle neutronen, die brekbaarheid veroorzaken.

RPV-materialen moeten hoge temperaturen en druk weerstaan en tegelijkertijd corrosie minimaliseren.Vesselshells gebruiken meestal laaggelegeerd ferritisch staal bekleed met 3-10 mm austenitisch roestvrij staal (voor gebieden met contact met koelmiddelen)In ontwikkelende ontwerpen zijn nikkelverrijkte legeringen zoals SA-302 B (Mo-Mn staal) en SA-533/SA-508 opgenomen voor een verbeterde sterkte.Deze Ni-Mo-Mn ferritische staal biedt een hoge thermische geleidbaarheid en schokbestendigheid, maar hun stralingsrespons blijft van cruciaal belang..

In 2018 ontwikkelde Rosatom thermische gloeiingstechnologie om stralingsschade te verminderen, waardoor de levensduur van het vaartuig met 15-30 jaar werd verlengd (democratie bij Balakovo Unit 1).Kernmaterialen worden voortdurend door deeltjes gebombardeerd.Deze defecten - leegtes, verplaatsingen of opgeloste clusters - worden in de loop van de tijd opgehoopt, waardoor de materialen hard worden en de ductiliteit afneemt.Verontreinigingen van koper (> 0).1 wt%) verergeren broosheid, waardoor de vraag naar "schoner" staal toeneemt.

De creep­plastische vervorming onder aanhoudende spanning­intensiveert zich bij hoge temperaturen als gevolg van een snellere defectenmigratie.Terwijl waterstof ionen (van koelmiddel radiolyse) induceren spanningscorrosie kraken via drie theoretische mechanismen: vermindering van de cohesie, interne druk of methaanblaasjes.

Nieuwe benaderingen zijn gericht op het stabiliseren van verplaatste atomen met behulp van korrelgrenzen, overgrote opgeloste stoffen of oxide-dispersies (bijv. yttria).verbetering van de buigzaamheid en scheurbestandheidEr is verder onderzoek nodig om bestralingsbestendige legeringen te optimaliseren.

Met ingang van 2020 zijn de belangrijkste RPV-fabrikanten:

• China: China First Heavy Industries, Erzhong, Harbin Electric, Shanghai Electric
• Frankrijk: Framatome
• India: L&T Special Steels (met BARC/NPCIL)
• Japan: Japan Steel Works, IHI Corporation
• Rusland: OMZ-Izhora, ZiO-Podolsk, AEM-Atommash
• Zuid-Korea: Doosan
• Verenigd Koninkrijk: Rolls-Royce (marine-reactoren)