Yadro reaktorining qalbida har bir gramm metall ikki tomonlama vazifani bajarishi kerak: korroziyaga qarshi turish va neytronlarni so'rmaslik. Zirkaloy-4 ikkalasida ham usta, lekin u har doim qalin va og‘ir qilingan. Qo‘shimcha ishlab chiqarish endi uni yengilroq, panjara bilan to‘ldirilgan{6}}ko‘proq mustahkam, materialning yarmini ishlatadigan va issiqlikni samaraliroq uzatadigan chuqurchaga bosib chiqarmoqda. Ilg'or reaktorlarni ishlab chiqish dasturlari doirasida muhandislar 3D-bosma tsirkonyumning murakkab tuzilmalari yadroviy issiqlik almashtirgich dizaynini tubdan o'zgartirishi mumkinligini o'rganmoqda.
Rivojlanayotgan soha doirasidaqo'shimcha ishlab chiqarish Zirkaloy-4 yadroviy issiqlik almashtirgichtexnologiyasi, lazer{0}}asosidagi metall bosib chiqarish an'anaviy ishlov berish va quvurlarni ishlab chiqarish hech qachon iqtisodiy jihatdan ishlab chiqara olmaydigan geometriyalarga imkon beradi.
Nima uchun Zirkaloy-4 yadro tizimlarida muhim?
Zirkaloy-4 - bu yadro reaktorlarida keng qo'llaniladigan tsirkoniy-qalay qotishmasi, chunki u bir nechta noodatiy qimmatli xususiyatlarni birlashtiradi:
Neytronlarning yutilishi juda past
Yuqori haroratli suvda-kuchli korroziyaga chidamlilik
Yaxshi mexanik barqarorlik
Radiatsiyaga qulay bardoshlik
Yadro injeneriyasida neytron iqtisodiyoti muhim ahamiyatga ega. Juda ko'p neytronlarni o'zlashtiradigan strukturaviy materiallar reaktor samaradorligini va yoqilg'idan foydalanishni pasaytiradi. Shuning uchun zirkaloy qotishmalari reaktor yadrosi yaqinida joylashgan komponentlar uchun ayniqsa qimmatlidir.
An'anaviy ishlab chiqarishning an'anaviy cheklovlari
Tarixiy jihatdan Zirkaloy komponentlari quyidagilar orqali ishlab chiqarilgan:
Naycha chizish
Soxtalashtirish
Rolling
Ishlov berish
Ushbu usullar konservativ devor qalinligi bilan nisbatan oddiy geometriyalarni qo'llab-quvvatlaydi. Natijada, ko'plab issiqlik almashinuvchilari tuzilmalari nazariy jihatdan zarur bo'lganidan ko'ra og'irroq va kattaroq bo'lib qoladi.
An'anaviy ishlab chiqarish, shuningdek, issiqlik samaradorligi uchun sovutish suvi oqimining yo'llarini qanchalik aniq optimallashtirish mumkinligini ham cheklaydi.
Laser Powder Bed Fusion qanday ishlaydi
Qo'shimcha ishlab chiqarish dizayn tenglamasini butunlay o'zgartiradi.
Qatlam-boʻyicha-Qatlamni qurish
Lazerli kukunli qatlamli termoyadroviyda Zirkaloy-4 kukunining yupqa qatlami qurilish yuzasiga tarqaladi. Keyin yuqori energiyali lazer raqamli dizayn modeliga muvofiq ma'lum hududlarni tanlab eritadi.
Jarayon to'liq komponent hosil bo'lgunga qadar qatlam-qatlam takrorlanadi.
Ushbu yondashuv quyidagilarga imkon beradi:
Yupqa{0}}devorli tuzilmalar
Ichki oqim kanallari
Hujayra panjaralari
Topologiya{0}}optimallashtirilgan geometriyalar
Integratsiyalashgan termal yo'llar
Chang{0}}to‘shakli printer mikroskopik aniqlik bilan yangi avlod reaktor metallarini zarb qilmoqda.
Boshqariladigan inert atmosfera muhim ahamiyatga ega
Zirkonyum qotishmalari yuqori haroratda yuqori reaktivdir. Qo'shimchalar ishlab chiqarish jarayonida texnologik kamera qat'iy nazorat qilinadigan inert atmosferada ishlashi kerak.
Kislorod va azot nazoratisiz erigan zirkaloy atmosfera ifloslantiruvchi moddalarni o'zlashtira oladi:
Egiluvchanlik
Korroziyaga qarshilik
Sinishi qattiqligi
Yadroviy samaradorlik
Chop etish paytida odatda juda past ifloslik darajasiga ega argon atmosferalari talab qilinadi.
Tabiatdan ilhomlangan biomimetik tuzilmalar
Qo'shimchalar ishlab chiqarishning eng muhim afzalliklaridan biri bu geometrik erkinlikdir.
Trabekulyar suyak-ilhomlantirilgan dizaynlar
Muhandislar tobora ko'proq trabekulyar suyakdan ilhomlangan tuzilmalardan foydalanmoqdalar, bu erda material faqat stresslar talab qiladigan joyda taqsimlanadi.
Ushbu dizaynlarda:
Yuqori{0}}stressli hududlar barqarorligicha qolmoqda
Past-stressli hududlar panjara-ga o'xshaydi
Yupqa kesishgan tarmoqlar tizimli yuklarni samarali qo'llab-quvvatlaydi
Bu engilroq va mexanik jihatdan kuchli bo'lgan qismlarni yaratadi.
Kuchni yo'qotmasdan vazn yo'qotish
Murakkab uyali arxitekturalar umumiy material sarfini va komponentlar og'irligini quyidagi darajada kamaytirishi mumkin:
Dm≈40%\\Delta m \\taxminan 40\\%Dm≈40%
zarur bosim quvvati va strukturaviy qat'iylikni saqlab turganda.
Yadro tizimlarida tarkibiy qismlarning massasini kamaytirish yaxshilanishi mumkin:
Reaktorning ixchamligi
Issiqlik samaradorligi
Passiv sovutish harakati
Seysmik ko'rsatkich
Yoqilg'idan foydalanish
Geometrik optimallashtirish orqali yaxshilangan issiqlik uzatish
An'anaviy quvur to'plamlari sovutish suvi oqimi geometriyasiga sezilarli dizayn cheklovlarini qo'yadi.
Optimallashtirilgan gidravlik diametri
Qo'shimcha ishlab chiqarish ichki kanallarni favqulodda aniqlik bilan shakllantirish imkonini beradi. Sovutish moslamalarining gidravlik diametri muvozanat uchun sozlanishi mumkin:
Bosim tushishi
Issiqlik uzatish koeffitsienti
Oqim barqarorligi
Sirt maydoni zichligi
Murakkab ichki yuzalar, almashtirgichning oyoq izini keskin kengaytirmasdan, mavjud issiqlik uzatish maydonini oshiradi.
Yupqa{0}devorli uyali issiqlik almashinuvchilari
Chop etilgan Zirkaloy konstruksiyalari quyidagilarni o'z ichiga olishi mumkin:
Giroid panjaralari
Uch marta davriy minimal yuzalar
Uyali matritsalar
Tarmoqlangan mikrokanallar
Bu geometriyalar an'anaviy tarzda ishlab chiqarilgan quvur to'plamlari bilan imkonsiz bo'lgan juda yuqori sirt-maydon-to-hajm nisbatlarini yaratadi.
Natijada kichikroq reaktor hajmida potentsial yuqori termal ishlash.
Kam neytron yutilishini saqlash
Eng muhim texnik yutuqlardan biri shundaki, to'g'ri ishlab chiqarilgan bosilgan Zirkaloy qotishmaning juda past neytron tutuvchi kesmasini saqlab qolishi mumkin-.
Nima uchun bu muhim
Qo'shimchalar ishlab chiqarish uchun mos keladigan ko'plab ilg'or qotishmalar-yadroda yomon ishlaydi, chunki ular ortiqcha neytronlarni o'zlashtiradi. Zirkaloy-4 jozibador bo'lib qoladi, chunki u birlashtiradi:
Ishlab chiqarish qobiliyati
Korroziyaga qarshilik
Yadro shaffofligi
Bu qo'shimcha ishlab chiqarishni ayniqsa istiqbolli qiladi:
Kichik modulli reaktorlar (SMR)
Yilni mikroreaktorlar
Asosiy issiqlik almashtirgichlarda-
Baxtsiz hodisalar-bardoshli yoqilg'i tizimlari
Kengaytirilgan yonilg'i qoplamasi tushunchalari
Strukturaviy massani kamaytirish bilan birga past neytron yutilishini saqlab qolish kelajakdagi reaktor arxitekturasi uchun muhim dizayn afzalliklarini yaratadi.
Malakaviy qiyinchiliklar muhimligicha qolmoqda
Va'da qilinganiga qaramay, yadroviy malaka standartlari o'ta talabchan bo'lib qolmoqda.
Yadro sertifikatiga qo'yiladigan talablar
Chop etilgan yadro komponentlari quyidagilarni ko'rsatishi kerak:
Takrorlanadigan zichlik
Barqaror mikro tuzilma
Radiatsiyaga qarshilik
Korroziyaga qarshi ishlash
Sinishi qattiqligi
Uzoq muddatli-ishonchlilik
Jarayonning har bir bosqichi qat'iy tekshirishni talab qiladi.
Qo'shimcha ishlab chiqarish qo'shimcha o'zgaruvchilarni kiritadi, jumladan:
Qatlam sintezining mustahkamligi
Qolgan stresslar
Porozlikni nazorat qilish
Kukun kimyosining barqarorligi
Orientatsiya effektlarini yaratish
Yadroviy joylashtirish uchun hatto mikroskopik nomuvofiqliklar ham keng tavsifni talab qiladi.
Milliy laboratoriyalar va sanoat tomonidan faol tadqiqotlar
Milliy laboratoriyalar, universitetlar va reaktor sotuvchilari ishtirokidagi tadqiqot dasturlari ushbu muammolarni faol ravishda o'rganmoqda.
Asosiy tadqiqot yo'nalishlari quyidagilardan iborat:
Nurlanish sinovi
Issiqlik bilan ishlov berishdan keyin-qurilish
Joyda{0}}jarayon monitoringi
Kamchiliklarni aniqlash
Malakaviy asoslar
Tijoriy joylashtirish rivojlanishda davom etayotgan bo'lsa-da, ilg'or reaktor dasturlari engilroq va samaraliroq issiqlik tizimlariga intilayotgani sababli jadallik tezlashmoqda.
Reaktor dizayniga potentsial ta'sir
Natijalar faqat issiqlik almashinuvchisining ishlashidan tashqariga chiqadi.
Kichikroq va xavfsizroq reaktor arxitekturasi
Komponentning og'irligini kamaytirish va issiqlik uzatish samaradorligini oshirish orqali qo'shimcha ishlab chiqarish quyidagilarga yordam beradi:
Kichikroq reaktor yadrolari
Pastki sovutish suvi inventarizatsiyasi
Tezroq passiv issiqlikni olib tashlash
Yana ixcham saqlash tizimlari
Kengaytirilgan passiv xavfsizlik, ayniqsa, soddalashtirilgan ishlash va qurilish xarajatlarini kamaytirish uchun moʻljallangan yangi-avlod reaktor kontseptsiyalarida muhim ahamiyatga ega.
Yuqori darajada optimallashtirilgan bosma geometriyalar yadro atrofidagi strukturaviy material miqdorini kamaytirishi, neytron iqtisodini va umumiy reaktor samaradorligini oshirishi mumkin.
Xulosa
Qo‘shimcha ishlab chiqarish Zircaloy{1}}4 issiqlik almashtirgich texnologiyasi uchun yangi chegarani ochmoqda, bu esa geometrik samaradorlikni keskin oshirgan yengil, panjaraga{3}}asoslangan tuzilmalarni yaratish imkonini beradi. Lazerli kukunli qatlamli termoyadroviy orqali muhandislar issiqlik uzatish maydonini oshirib, yadroviy operatsiya uchun zarur bo'lgan past neytron yutilish xususiyatlarini saqlab, og'irlikni 40% gacha kamaytiradigan yupqa devorli uyali arxitekturani yaratishi mumkin.
Bosilgan yadroviy komponentlar uchun malaka talablari qat'iy bo'lib qolsa-da, milliy laboratoriyalar va reaktor ishlab chiquvchilari bo'ylab tadqiqot ishlari texnologiyani amaliy qo'llash yo'lida rivojlantirishda davom etmoqda. Qo'shimcha ishlab chiqarish, oxir-oqibat, yadro muhandisligi talab qiladigan xavfsizlik chegaralarini saqlab qolgan holda, kelajakdagi reaktor tizimlarini kichikroq, engilroq va termal jihatdan samaraliroq bo'lishiga imkon beradi.
Yadro issiqlik almashinuvchilarining keyingi avlodi oddiy ishlov berish zallaridan emas, balki bir varaq qog'ozdan ko'p bo'lmagan, ammo atomning boshqariladigan quvvatiga qo'yiladigan ulkan talablarga bardosh bera oladigan konstruksiyalarni ishlab chiqaradigan kukunli yotoq tizimlaridan paydo bo'lishi mumkin.
