Għaliex l-Aluminju Jintuża fir-Reatturi Nukleari
L-aluminju kien l-ewwel metall strutturali użat ġewwa reattur nukleari, u jibqa 'żiemel tax-xogħol għar-riċerka u l-magni tat-test. Ir-raġuni hija newtronika aktar milli mekkanika: is-sezzjoni trasversali tal-assorbiment tan-newtroni termali tal-aluminju hija madwar 0.23 barns, għalhekk il-komponenti tal-aluminju installati ħdejn il-qalba jikkunsmaw ftit newtroni meta mqabbla mal-istainless steel. Assemblaġġi kritiċi bikrija bħal Chicago Pile-1 fl-1942 użaw fjuwil miksi bl-aluminju eżattament għal dik ir-raġuni.
Assorbiment baxx tan-newtroni parassitiċi jżomm l-inventarju tal-fjuwil meħtieġ għall-kritiċità modesta.
Konduttività termali għolja qrib 237 W/mK tmexxi s-sħana mill-pjanċi tal-fjuwil fil-likwidu li jkessaħ b'mod effiċjenti.
Densità baxxa ta '2.70 g/cm3 tippermetti elementi tal-fjuwil ħfief, immaniġġjati faċilment u rigs ta' irradjazzjoni.
Kompatibilità tajba mal-karburant tal-uranju f'sistemi mkessħa bl-ilma taħt madwar 200 grad .
Fabbrikabbiltà eċċellenti fi pjanċi rqaq, kanali u tubi b'ħitan-rqaq.
Interni tar-Reattur u Dmirijiet tal-Komponent
Ġewwa reattur ta 'riċerka, l-aluminju jidher f'erba' klassijiet ta 'dmirijiet ewlenin: kisi u frejms tal-element tal-fjuwil, rigs tal-produzzjoni tal-irradjazzjoni u tal-isotopi, tubu tar-raġġ u ħardwer tar-rifletturi, u pajpijiet tal-likwidu li jkessaħ flimkien ma 'tankaġġ fis-sezzjonijiet ta' temperatura baxxa-tal-loop. 6061-estrużjonijiet T6 huma l-grad strutturali default, filwaqt li l-kisi tal-folji u l-kisi tat-tubi 1150502.
It-trasparenza tan-newtroni wkoll tagħmel l-aluminju utli għall-komponenti li jridu joqogħdu l-eqreb għall-pożizzjonijiet tal-esperiment, fejn kwalunkwe struttura tal-azzar tnaqqas il-fluss disponibbli. Strumenti ġewwa tubi tar-raġġ u faċilitajiet tanġenzjali jużaw regolarment frejms ta 'appoġġ tal-aluminju għal din ir-raġuni.
Aluminju bħala Kisi tal-Fjuwil
Elementi tal-fjuwil tat-tip pjanċa-dominaw ir-reatturi tar-riċerka. Laħam tal-karburant tad-dispersjoni tas-siliċidu tal-uranju-uranju jew siliċidu tal-uranju jiġi magħqud b'rombli bejn pjanċi tal-kisi tal-liga tal-aluminju, imbagħad iffurmat fi pjanċi mgħawġa jew ċatti immuntati f'element ta 'kaxxa. Saffi rqaq ta' ossidu jiffurmaw barriera protettiva f'sistemi mkessħa bl-ilma, u l-kisi jżomm il-prodotti tal-fissjoni barra mill-likwidu li jkessaħ primarju.
| Liga | Densità (g/cm3) | Dmir tar-reattur tipiku |
|---|---|---|
| 1100 (madwar 99% Al) | 2.71 | Kisi ta'-temperatura baxxa, hardware ta' attivazzjoni-baxxa |
| 6061-T6 (Al-Mg-Si) | 2.70 | Gwarniċi strutturali, housings tal-elementi, pajpijiet |
| 5052 (Al-Mg) | 2.68 | Tubu li jkessaħ, tankijiet, fabbrikazzjoni ġenerali |
| Gradi Al-Ni-Fe | 2.72 | Kisi żviluppat għal servizz ta 'test ta' temperatura ogħla |
| Trab tal-aluminju sinterizzat | 2.70 | Komponenti ta'-dispersjoni msaħħa-temperatura għolja |
It-tnixxija-issikkar aktar milli s-saħħa tmexxi d-disinn tal-kisi. Il-kwalità tat-twaħħil bejn il-laħam tal-karburant u l-pjanċa tal-kopertura hija vverifikata permezz ta 'spezzjoni ultrasonika waqt il-manifattura, u l-elementi lesti huma kkontrollati għal tolleranza dimensjonali u difetti fil-wiċċ qabel it-tagħbija.
Limitazzjonijiet ta' Aluminju f'Applikazzjonijiet Nukleari
It-temperatura tistabbilixxi l-ewwel limitu iebes. Ligi ta 'l-aluminju żejda u jitilfu s-saħħa 'l fuq minn madwar 150 grad, li jeskludihom miċ-ċirkwiti primarji tal-likwidu li jkessaħ ta' reatturi tal-enerġija, fejn minflok jintużaw l-istainless steel u l-ligi taż-żirkonju. Il-korrużjoni tal-ilma ssir sinifikanti hekk kif it-temperaturi jogħlew, u kontroll preċiż tal-kimika tal-ilma huwa meħtieġ biex irażżan l-attakk tal-pitting fuq il-wiċċ miksi.
L-irradjazzjoni żżid it-tieni sett ta' limiti. F'fluwenza għolja tan-newtroni l-aluminju jgħaddi minn nefħa vojta, tkabbir u fraġilità, filwaqt li reazzjonijiet ta 'trasmutazzjoni jiġġeneraw silikon u elju ġewwa l-metall. L-attivazzjoni hija severa iżda ta' ħajja qasira, minħabba li l-qbid tan-newtroni jipproduċi sodju-24 b'half-life ta' 15-siegħa, għalhekk il-ħardwer tal-aluminju jsir maniġġabbli wara perjodu qasir ta' tħassir aktar milli jeħtieġ immaniġġjar remot fit-tul.
Dekummissjonar u Riċiklaġġ ta' Hardware tal-Aluminju
L-irtirar ta' reattur tar-riċerka jew loop tat-test jipproduċi nixxiegħa definita tal-aluminju: ħardwer tal-element tal-fjuwil diġà ġestit bħala materjal irradjat, flimkien ma' strutturi ta' attività baxxa-bħat-tankage, ducting u rig frames. Il-metall b'attività baxxa-jiġi mistħarrġa, it-tħassir jinħażen u mbagħad jiddewweb għal użu mill-ġdid ristrett, ħafna drabi riformulat bħala blokki ta 'lqugħ, filwaqt li t-tidwib jirkupra aktar minn 95% tal-aluminju nadif. Ir-raffinar tad-dewweb u l-elettroraffinar jisseparaw l-aluminju minn kontaminazzjoni itqal, u l-kontabilità stretta tal-materjal iżżomm il-frazzjonijiet attivati ġewwa rotot tal-iskart liċenzjati.
Mistoqsijiet Frekwenti
Q: Għaliex l-aluminju jintuża fil-komponenti tar-reattur nukleari?
Minħabba li s-sezzjoni trasversali tal-assorbiment tan-newtroni termali tagħha hija biss madwar 0.23 barns, li żżomm it-telf ta 'reattività baxx, u minħabba li l-konduttività termali għolja tagħha ttejjeb it-tneħħija tas-sħana mill-pjanċi tal-fjuwil għall-likwidu li jkessaħ.
Q: X'inhuma l-limitazzjonijiet ewlenin tal-aluminju fl-applikazzjonijiet nukleari?
Il-ligi jitilfu s-saħħa 'l fuq minn madwar 150 grad, il-korrużjoni tal-ilma taċċellera f'temperatura elevata, u fluwenza għolja tan-newtroni tikkawża nefħa u fraġilità. Ir-reatturi tal-enerġija għalhekk jużaw ligi taż-żirkonju minflok.
Q: Kif jaħdem l-aluminju bħala kisi tal-fjuwil nukleari?
Iwettaq sew taħt madwar 200 grad , u jifforma ossidu protettiv irqiq f'sistemi mkessħa bl-ilma-. Jeħtieġ kimika tal-ilma kkontrollata biex tipprevjeni l-ħofor u mhix adattata għall-fjuwil tar-reattur tal-enerġija kummerċjali.
Q: Liegi tal-aluminju huma komuni fis-sistemi nukleari?
6061-T6 għal komponenti strutturali, 1100 għal kisi ta'-temperatura baxxa, 5052 għal pajpijiet u tankijiet, gradi Al{-Ni-Fe għal servizz ta' test aktar sħun, u trab tal-aluminju sinterizzat fejn tkun meħtieġa saħħa tad-dispersjoni.
Q: Kif jiġi riċiklat l-aluminju minn reatturi dekommissjonati?
Il-ħardwer attivat huwa maħżun għat-tħassir biex iħalli prodotti b'ħajja qasira bħas-sodju-24, imbagħad mistħarrġa u mdewweb. It-tidwib jirkupra aktar minn 95% tal-metall nadif, u l-aluminju ta 'attività baxxa ħafna drabi jiġi riformulat fi blokki ta' lqugħ.
Q: L-attivazzjoni tal-aluminju hija importanti għax-xogħol ta 'manutenzjoni?
Iva, imma fil-qosor biss. Is-sodju-24 għandu half-life ta' madwar 15-il siegħa, għalhekk il-komponenti tal-aluminju jsiru aċċessibbli wara perjodu qasir ta' tkessiħ, b'differenza mill-komponenti li fihom prodotti ta' attivazzjoni għal ħajja twila.
