Language
Country/Area
No result found
Секрет сплава скандия: почему скандий становится основным материалом ядерной энергетики?
В последние годы сплавы скандия как основные материалы ядерной энергетики постепенно привлекают широкое внимание научных и промышленных кругов. Низкое сечение поглощения нейтронов, высокая прочность и коррозионная стойкость этого материала делают его применение в ядерных реакторах все более ценным. В этой статье будут рассмотрены свойства, применение и значение сплавов скандия в области ядерной энергетики.
Производственные и химические свойства сплавов скандия делают их незаменимыми в ядерной энергетике.
Производство и характеристики сплавов скандия
Скандиевые сплавы обычно состоят более чем из 95% скандия по весу с небольшим количеством (менее 2%) других металлов, таких как олово, тантал, железо, хром и никель, для улучшения их механических свойств и коррозионной стойкости. Основное применение этих сплавов — оболочки тепловыделяющих стержней ядерных реакторов, особенно водоохлаждаемых.
Низкое сечение поглощения скандия
Сечение поглощения тепловых нейтронов скандием составляет всего 0,18 барн, что намного меньше, чем у железа (2,4 барн) и никеля (4,5 барн). Это делает его идеальным материалом для оболочки ядерных реакторов, который может эффективно снижать потеря нейтронов.
Водородная хрупкость
Однако сплавы скандия также имеют некоторые ограничения. При реакции скандия с водяным паром выделяется водород, часть которого проникает в сплав, образуя гидрид скандия. Эти гидриды имеют меньшую механическую прочность и плотность, чем сплавы скандия, и склонны к образованию пузырей и трещин на оболочке — явлению, известному как водородная хрупкость.
Водородная хрупкость ускоряет деградацию оболочки из сплава скандия во время аварии с потерей теплоносителя в ядерном реакторе.
Окисление и коррозия
Сплавы скандия легко реагируют с кислородом, образуя пассивирующий слой оксида скандия толщиной в нанометр. Толщина этого пассивного слоя, а также наличие примесей в сплаве (таких как углерод или азот) оказывают существенное влияние на его коррозионную стойкость. Кроме того, реакция сплавов скандия с водяным паром при высоких температурах может привести к окислению, что особенно опасно в случае потери охлаждающей жидкости.
История
Скандиевые сплавы были впервые использованы в ядерных реакторах подводных лодок в 1950-х годах в результате выбора скандия в качестве конструкционного материала адмиралом Гербертом Г. Риковером. С тех пор была разработана серия сплавов Zircaloy, прочность, малое сечение нейтронов и коррозионная стойкость которых делают их незаменимыми материалами в ядерной энергетике.
Текущие приложения и перспективы
Скандиевые сплавы не только широко используются в области ядерной энергетики, но также демонстрируют потенциал в медицинской и химической промышленности. Например, некоторые сплавы скандия используются при производстве медицинских имплантатов, таких как искусственные суставы, благодаря своей коррозионной стойкости, что обеспечивает пациентам более безопасные и долговечные варианты.
Перспективы дальнейшего применения сплавов скандия будут зависеть от дальнейшего улучшения их характеристик и разработки новых технологий.
Заключение
Скандиевые сплавы играют важную роль в области ядерной энергетики благодаря своим уникальным физическим и химическим свойствам. Благодаря постоянному развитию технологий сфера применения скандиевых сплавов будет продолжать расширяться. Какие инновационные технологии смогут в будущем еще больше улучшить эксплуатационные характеристики и расширить возможности применения скандиевых сплавов?
