Language
Country/Area
No result found
Почему серебро, кадмий и гафний являются главными элементами регулирующих стержней на атомных электростанциях?
В процессе производства атомной энергии стержни управления играют жизненно важную роль. Они могут эффективно контролировать скорость ядерного деления, чтобы обеспечить безопасную и стабильную работу реактора. В этой статье исследуется, почему три элемента — серебро, кадмий и гафний — считаются звездными элементами стержней управления на атомных электростанциях и какую роль они играют в производстве энергии.
Принцип работы стержня управления
Стержни управления вставляются в активную зону ядерного реактора для регулирования скорости цепной ядерной реакции. Эти стержни управления состоят из химических элементов, способных поглощать большое количество нейтронов. Типичными представителями таких элементов являются серебро, кадмий и гафний.
Вставка и удаление стержней управления напрямую влияет на реактивность реактора, а также на производимую им тепловую энергию и мощность.
Существуют и другие конструкции реакторов, такие как реактор с кипящей водой (BWR), реактор с водой под давлением (PWR) и т. д., в которых используются разные материалы управляющих стержней, в зависимости от распределения энергии их нейтронов. Когда расчетный индекс реактивности реактора превышает 1, скорость цепной ядерной реакции будет быстро увеличиваться с индексом времени, когда реактивность ниже 1, скорость цепной реакции будет постепенно снижаться;
Почему серебро, кадмий и гафний?
Эти три элемента делают их лучшим выбором для материалов регулирующих стержней из-за их особых свойств по поглощению нейтронов. Например, сплав серебра, кадмия и никеля (AIC) широко используется во многих коммерческих реакторах с водой под давлением. В то же время кадмий обладает хорошей механической прочностью и может сохранять стабильность в условиях высоких температур, что делает его отличным материалом, поглощающим нейтроны.
Коррозионная стойкость и прочность гафния делают его важным выбором в реакторах для некоторых военных целей.
Хотя серебро, кадмий и гафний обеспечивают превосходные свойства захвата нейтронов, доступность и стоимость каждого элемента влияют на его использование в ядерной энергетике. Возьмем, к примеру, серебро. Хотя оно хорошо справляется с захватом нейтронов, его редкость ограничивает возможности его крупномасштабного применения.
Желательность и оценка материала
При выборе материалов регулирующего стержня ученые будут учитывать не только эффективность захвата нейтронов, но также термостойкость материала, обрабатываемость и будущие факторы стоимости. Поэтому в центре внимания исследований ученых оказались распространенные синтетические комбинации элементов, такие как стали с высоким содержанием бора или сплавы серебра и кадмия.
Материалы с более высокой эффективностью улавливания и долговечностью часто повышают общую безопасность реактора.
Учитывая эти факторы, кобальт, никель и другие редкоземельные элементы также находятся в стадии будущих исследований и могут быть включены в материалы конструкции регулирующих стержней. Это не только повышает доступность, но и предоставляет атомной энергетике больше возможностей.
Меры безопасности и чрезвычайные ситуации
Безопасность ядерных реакторов во многом зависит от конструкции стержней управления. Механизмы безопасности большинства современных реакторов настраивают стержни управления на автоматическое опускание в активную зону, чтобы быстро остановить реакцию в случае сбоя питания. Эта функция известна в сообществе ядерной энергетики как «SCRAM» (быстрое выключение реактора).
Быстрая реакция органов управления является основой обеспечения безопасной эксплуатации реактора.
Что касается BWR, хотя его режим работы отличается, как только возникает необходимость аварийного останова, специально разработанная гидравлическая система немедленно размещает стержни управления для безопасного останова, демонстрируя важные соображения безопасности при проектировании реактора.
Заключение
Подводя итог, можно сказать, что три элемента — серебро, кадмий и гафний — являются важными материалами для стержней управления на атомных электростанциях. Их превосходные свойства поглощения нейтронов и другие физические свойства делают их предпочтительным выбором при проектировании реакторов. Однако по мере того, как мы исследуем более безопасные и более экономичные источники энергии, сможем ли мы найти другие, более совершенные и революционные материалы, которые заменят эти традиционные элементы?
