Language
Country/Area
No result found
سر سبيكة السكانديوم: لماذا أصبح السكانديوم المادة الأساسية للطاقة النووية؟
إن الخصائص التصنيعية والكيميائية لسبائك السكانديوم تجعلها لا يمكن الاستغناء عنها في تطبيقات الطاقة النووية.
إنتاج وخصائص سبائك السكانديوم
تتكون سبائك السكانديوم عادة من أكثر من 95% من السكانديوم بالوزن مع كميات صغيرة (أقل من 2%) من معادن أخرى مثل القصدير والتنتالوم والحديد والكروم والنيكل لتحسين خصائصها الميكانيكية ومقاومتها للتآكل. التطبيق الرئيسي لهذه السبائك هو في تغليف قضبان الوقود في المفاعلات النووية، وخاصة في المفاعلات المبردة بالماء.مقطع امتصاص منخفض للسكانديوم
يبلغ مقطع الامتصاص الحراري للنيوترونات في سكانديوم 0.18 بارن فقط، وهو أقل بكثير من مقطع الحديد (2.4 بارن) والنيكل (4.5 بارن). وهذا يجعله مادة كسوة مثالية في المفاعلات النووية، والتي يمكنها أن تقلل بشكل فعال من فقدان النيوترون
هشاشة الهيدروجين
ومع ذلك، فإن سبائك السكانديوم لديها أيضًا بعض القيود. عندما يتفاعل السكانديوم مع بخار الماء، يتم إطلاق الهيدروجين، والذي يخترق بعضه داخل السبيكة لتكوين هيدريد السكانديوم. تتمتع هذه الهيدريدات بقوة ميكانيكية وكثافة أقل من سبائك السكانديوم وهي عرضة للتقرح والتشقق في الكسوة، وهي ظاهرة تعرف باسم هشاشة الهيدروجين.يؤدي هشاشة الهيدروجين إلى تسريع تدهور غلاف سبيكة السكانديوم أثناء حادث فقدان سائل التبريد في مفاعل نووي.
الأكسدة والتآكل
تتفاعل سبائك السكانديوم بسهولة مع الأكسجين لتشكيل طبقة تخميلية من أكسيد السكانديوم يبلغ سمكها نانومترًا. إن سمك هذه الطبقة السلبية، بالإضافة إلى وجود شوائب في السبيكة (مثل الكربون أو النيتروجين)، لها تأثير كبير على مقاومتها للتآكل. علاوة على ذلك، فإن تفاعل سبائك السكانديوم مع بخار الماء عند درجات حرارة عالية يمكن أن يؤدي إلى الأكسدة، وهو أمر خطير بشكل خاص في حالة فقدان سائل التبريد.التاريخ
تم استخدام سبائك السكانديوم لأول مرة في المفاعلات النووية تحت الماء في الخمسينيات من القرن العشرين، نتيجة لاختيار الأدميرال هـ. ج. ريكوفر للسكانديوم كمادة بنائية. ومنذ ذلك الحين، تم تطوير سلسلة سبائك Zircaloy، وتتميز بقوتها ومقطعها النيوتروني المنخفض ومقاومتها للتآكل مما يجعلها مواد لا غنى عنها في تكنولوجيا الطاقة النووية.
التطبيقات الحالية والآفاق
لا تُستخدم سبائك الإسكنديوم على نطاق واسع في مجال الطاقة النووية فحسب، بل إنها تظهر أيضًا إمكانات في الصناعات الطبية والكيميائية. على سبيل المثال، يتم استخدام بعض سبائك السكانديوم في تصنيع الغرسات الطبية، مثل المفاصل الاصطناعية، بسبب مقاومتها للتآكل، مما يوفر للمرضى خيارات أكثر أمانًا وأطول عمرًا.ستعتمد آفاق التطبيق المستقبلية لسبائك السكانديوم على مواصلة تحسين أدائها وتطوير تقنيات جديدة.
