Атомная энергетика. Металлы в атомной промышленности

Сентябрь 9, 2022

Главная
Химия
Атомная энергетика. Металлы в атомной промышленности

Содержание

2. Отрасль применения Атомная энергетика (Nuclear power) - отрасль энергетики, использующая ядерную энергию для целей электрификации и
3. Преимущества атома Огромная энергоемкость используемого топлива. 1 килограмм урана с обогащением до 4%, используемого в ядерном
4. Недостатки Опасность отравления человеческого организма и окружающей среды канцерогенными радиоактивными веществами на каждой из стадий топливного
5. Материалы для хранения радиоактивный отходов Общепринятый подход к разработке материалов для этих целей состоит из двух
6. 1 – я стадия Контейнеры захоранивают в сухой и стабильной геологической структуре. Применялись и применяются боросиликатное
7. 2 – я стадия Испытываются специальные сплавы, образующиеся в системах Рb-B, Pb-Li и сплавы на основе
8. Принцип работы АЭС Через активную зону прокачивается теплоноситель, который омывает ТВЭЛы и уносит выделяющееся в них
10. Материалы используемые в различных установках станции Материалы, из которых строят реакторы, работают при высокой температуре в
11. Ядерно-горючие материалы Сплавы урана (Fe, Al, Si, Cr, Mo) Фиссиумы (Mo, Ru, Tc, Rh, Pd) Сплавы
12. Композиционные материалы активной зоны Графит Соединения бора Гафний Сплавы серебра
13. Материалы корпуса реактора и других элементов атомных установок Сплавы титана Медные сплавы Хромистые нержавеющие стали Перлитные
14. Реакторные материалы, особенно материалы активной зоны, в процессе эксплуатации подвергаются воздействию высоких механических нагрузок, облучению в
15. Условия эксплуатации металлов
18. Свойства материала в реакторе Для правильного выбора материалов необходимо знать, как изменяются их свойства в процессе
19. Свойства материалов и сплавов существенным образом зависят от дефектов кристаллической решетки. Такие свойства металлов, как способность
20. Первичные и вторичные эффекты радиационного повреждения в металлах
21. Первичный эффект Первичным эффектом повреждения кристаллической решётки металлов радиацией следует считать передачу одному из атомов решётки
22. Вторичный эффект Ко вторичным эффектам облучения, приводящим к наблюдаемым на практике радиационным дефектам определённой конфигурации, следует
24. Основные требования, предъявляемые к замедлителям Это высокая замедляющая способность и слабое поглощение нейтронов. Первому требованию удовлетворяют
25. Требования, предъявляемые к конструкционным материалам активной зоны Материалы, предназначенные для оболочек твэлов, дистанционирующих устройств, корпусов ТВС
26. ТВЭЛ (Тепловыделяющий элемент)
27. ТВЭЛ включает в себя пружинную систему удержания топливных таблеток на одном уровне, что позволяет точнее регулировать
28. Активная зона реактора состоит из сотен кассет, поставленных вертикально и объединенных вместе металлической оболочкой – корпусом,
29. Управляющие могут перемещаться вверх и вниз погружаясь или наоборот, выходя из активной зоны, где реакция идет
30. Применение циркония и его соединений
31. В ядерную технику этот металл пришел не сразу. Для того чтобы стать полезным в этой отрасли,
33. Скачать презентацию

Слайд 2

Отрасль применения
Атомная энергетика (Nuclear power) - отрасль энергетики, использующая ядерную

энергию для целей электрификации и теплофикации. Как область науки и техники, разрабатывает методы и средства преобразования ядерной энергии в электрическую и тепловую.

Слайд 3

Преимущества атома
Огромная энергоемкость используемого топлива. 1 килограмм урана с обогащением до

4%, используемого в ядерном топливе, при полном выгорании выделяет энергию, эквивалентную сжиганию примерно 100 тонн высококачественного каменного угля или 60 тонн нефти.
Возможность повторного использования топлива (после регенерации). Расщепляющийся материал (уран-235) выгорает в ядерном топливе не полностью и может быть использован снова В перспективе возможен полный переход на замкнутый топливный цикл, что означает полное отсутствие отходов.
Ядерная энергетика не способствует созданию «парникового эффекта».

Слайд 4

Недостатки
Опасность отравления человеческого организма и окружающей среды канцерогенными радиоактивными веществами

на каждой из стадий топливного цикла — добычи обогащения урана, управления реактором и его обслуживания, сборки и захоронения (или переработки) отходов.

Слайд 5

Материалы для хранения радиоактивный отходов
Общепринятый подход к разработке материалов для этих

целей состоит из двух стадий

Слайд 6

1 – я стадия
Контейнеры захоранивают в сухой и стабильной геологической структуре.

Применялись и применяются боросиликатное стекло и боросиликатная керамика. Главное требование, предъявляемое к такой керамике сильная поглощающая способность по отношению к ядерным частицам.

Слайд 7

2 – я стадия
Испытываются специальные сплавы, образующиеся в системах Рb-B,

Pb-Li и сплавы на основе титана. Сам защитный материал изготовляется в виде керамики, спеченной из порошков таких сплавов.

Слайд 8

Принцип работы АЭС
Через активную зону прокачивается теплоноситель, который омывает ТВЭЛы и

уносит выделяющееся в них тепло. Наличие теплоносителя в активной зоне, а также большого количества конструкционных материалов в условиях разветвлённой теплопередающей поверхности не препятствует протеканию цепной реакции. Это существенно облегчает технику теплосъёма по сравнению, например, с реакторами синтеза, где внесение посторонних веществ в зону протекания ядерной реакции недопустимо.

Слайд 9

Слайд 10

Материалы используемые в различных установках станции
Материалы, из которых строят реакторы, работают

при высокой температуре в поле нейтронов, γ-квантов и осколков деления. Поэтому для реакторостроения пригодны не все материалы, применяемые в других отраслях техники. Применяемые материалы должны обеспечить конструкционную прочность элементов атомной установки, то есть быть прочными, пластичными, ряде случаев способными работать в условиях высоких динамических нагрузок. Материалы должны быть технологичными, легко подвергаться обработке давлением, резанием, прокатке, хорошо свариваться. Механические характеристики материалов не должны изменяться в процессе длительной эксплуатации при высокой температуре и в условиях изменения механических напряжений, действующих на материал, по значению и знаку. Некоторые материалы эксплуатируются в условиях вибрации, поэтому они не должны разрушаться вследствие усталости, в том числе и малоцикловой, и должны обладать высокой циклической плотностью.

Слайд 11

Ядерно-горючие материалы
Сплавы урана
(Fe, Al, Si, Cr, Mo)
Фиссиумы
(Mo,

Ru, Tc, Rh, Pd)

Сплавы плутония

Сплавы тория

Слайд 12

Композиционные материалы активной зоны
Графит
Соединения бора
Гафний
Сплавы серебра

Слайд 13

Материалы корпуса реактора и других элементов атомных установок
Сплавы титана
Медные сплавы
Хромистые
нержавеющие

стали

Перлитные стали

Слайд 14

Реакторные материалы, особенно материалы активной зоны, в процессе эксплуатации подвергаются воздействию

высоких механических нагрузок, облучению в области температур до 800 К и выше.

Слайд 15

Условия эксплуатации металлов

Слайд 16

Слайд 17

Слайд 18

Свойства материала в реакторе
Для правильного выбора материалов необходимо знать, как

изменяются их свойства в процессе эксплуатации ядерных энергетических установок. Решение этой задачи, а также повышение указанных выше характеристик материалов является одной из основных задач реакторного материаловедения.

Слайд 19

Свойства материалов и сплавов существенным образом зависят от дефектов кристаллической решетки.

Такие свойства металлов, как способность сопротивляться механическим нагрузкам, радиационная стойкость, совместимость, связаны со свойствами точечных и линейных дефектов кристаллической решетки.

Слайд 20

Первичные и вторичные эффекты радиационного повреждения в металлах

Слайд 21

Первичный эффект
Первичным эффектом повреждения кристаллической решётки металлов радиацией следует считать

передачу одному из атомов решётки достаточно большой кинетической энергии и одновременную передачу дополнительной энергии системе свободных и связанных электронов.

Слайд 22

Вторичный эффект
Ко вторичным эффектам облучения, приводящим к наблюдаемым на практике радиационным

дефектам определённой конфигурации, следует отнести движение и образование ассоциаций точечных дефектов. Этот процесс зависит от реальной структуры кристаллов (наличия нарушений кристаллической решётки, системы дислокаций, примесей и т. п.) и энергии, переданной системе свободных и связанных электронов.

Слайд 23

Слайд 24

Основные требования, предъявляемые к замедлителям
Это высокая замедляющая способность и слабое поглощение

нейтронов. Первому требованию удовлетворяют в той или иной мере материалы с малым массовым числом, а второму — вода (обычная и тяжелая), графит, бериллий, оксид бериллия. Лучшей замедляющей способностью обладает обычная вода, однако она заметно поглощает нейтроны. Вследствие этого ее коэффициент замедления, равный отношению замедляющей способности к сечению поглощения нейтронов, сравнительно невелик. Наивысший коэффициент замедления имеет тяжелая вода. Несколько уступает тяжелой воде графитовый замедлитель. С нейтронно-физической точки зрения хорошим замедлителем является бериллий. Его использование обеспечивает дополнительную генерацию нейтронов за счет реакций. Однако из-за высокой стоимости, токсичности, химической активности при контакте с водой в энергетических реакторах бериллий не используется.

Слайд 25

Требования, предъявляемые к конструкционным материалам активной зоны
Материалы, предназначенные для оболочек твэлов,

дистанционирующих устройств, корпусов ТВС и технологических каналов ( металлы и их сплавы), должны иметь низкое сечение поглощения нейтронов, необходимую механическую прочность, высокую теплопроводность, обладать высокой радиационной и коррозионной стойкостью, быть совместимыми с ядерным топливом и теплоносителем.

Слайд 26

ТВЭЛ (Тепловыделяющий элемент)

Слайд 27

ТВЭЛ включает в себя пружинную систему удержания топливных таблеток на одном

уровне, что позволяет точнее регулировать глубину погружения/выведения топлива в активную зону. Они собраны в кассеты шестигранной формы, каждая из которых включает в себя несколько десятков ТВЭЛов. По каналам в каждой кассете протекает теплоноситель.

Слайд 28

Активная зона реактора состоит из сотен кассет, поставленных вертикально и объединенных

вместе металлической оболочкой – корпусом, играющим также роль отражателем нейтронов. Среди кассет, с регулярной частотой вставлены управляющие стержни и стержни аварийной защиты реактора, которые в случае перегрева призваны заглушить реактор.

Слайд 29

Управляющие могут перемещаться вверх и вниз погружаясь или наоборот, выходя из

активной зоны, где реакция идет интенсивнее всего. Это обеспечивают мощные электромоторы, в совокупности с системой управления. Стержни аварийной защиты призваны заглушить реактор в случает нештатной ситуации, упав в активную зону и поглотив больше количество свободных нейтронов. Каждый реактор имеет крышку, через которую производится погрузка и выгрузка отработавших и новых кассет. Поверх корпуса реактора обычно устанавливается теплоизоляция. Следующим барьером идет биологическая защита. Это как правило железобетонный бункер, вход в который закрывается шлюзовой камерой с герметичными дверьми. Биологическая защита призвана не выпустить в атмосферу радиоактивный пар и куски реактора, если все таки произойдет взрыв. Ядерный взрыв в современных реактора крайне мало возможен. Потому что топливо достаточно мало обогащено, и разделено на ТВЕЛы. Даже если расплавится активная зона, топливо не сможет настолько активно прореагировать. Масимум что может произойти – тепловой взрыв как на Чернобыле, когда давление в реакторе достигло таких величин, что металлический корпус просто разорвало, а крышка реактора, весом в 5000 тонн сделала прыжок с переворотом, пробив крышу реакторного отсека и выпустив пар наружу. Если бы чернобыльская АЭС была оснащена правильной биологической защитой, наподобие сегодняшнего саркофага, то катастрофа обошлась человечеству намного дешевле.

Слайд 30

Применение циркония и его соединений

Слайд 31

В ядерную технику этот металл пришел не сразу. Для того чтобы стать

полезным в этой отрасли, металл должен обладать определенным комплексом свойств. (Особенно, если он претендует на роль конструкционного материала при строительстве реакторов.) Главное из этих свойств — малое сечение захвата тепловых нейтронов. В принципе эту характеристику можно определить как способность материала задерживать, поглощать нейтроны и тем самым препятствовать распространению цепной реакции.

Атомная энергетика. Металлы в атомной промышленности

Содержание

Отрасль применения Атомная энергетика (Nuclear power) - отрасль энергетики, использующая ядерную

Преимущества атомаОгромная энергоемкость используемого топлива. 1 килограмм урана с обогащением до

Недостатки Опасность отравления человеческого организма и окружающей среды канцерогенными радиоактивными веществами

Материалы для хранения радиоактивный отходовОбщепринятый подход к разработке материалов для этих

1 – я стадияКонтейнеры захоранивают в сухой и стабильной геологической структуре.

2 – я стадия Испытываются специальные сплавы, образующиеся в системах Рb-B,

Принцип работы АЭСЧерез активную зону прокачивается теплоноситель, который омывает ТВЭЛы и

Материалы используемые в различных установках станции Материалы, из которых строят реакторы, работают

Ядерно-горючие материалы Сплавы урана (Fe, Al, Si, Cr, Mo) Фиссиумы (Mo,

Композиционные материалы активной зоны ГрафитСоединения бораГафнийСплавы серебра

Материалы корпуса реактора и других элементов атомных установокСплавы титанаМедные сплавыХромистые нержавеющие