¿Qué elemento se usa para los tubos del reactor nuclear?

Answer 1

Depende del tipo de reactor.

Los tubos a los que se refiere se denominan tubos de revestimiento. Tienen múltiples propósitos y tienen que enfrentar muchos desafíos. Para empezar, el revestimiento debe mantener el combustible nuclear contenido durante toda la vida del reactor. Debe hacer buen contacto con el combustible para alejar el calor y al mismo tiempo no tener reacción química con el combustible. Debe tener una tremenda resistencia a la corrosión por el refrigerante del reactor, ya sea agua en los reactores térmicos como BWR y PWR, metal líquido (sodio líquido) en reactores reproductores rápidos o CO2 en algunos reactores refrigerados por gas. Pero, ante todo, debe tener una sección transversal muy baja para absorber neutrones. Además de esto, por supuesto, el material debe ser fácil de fabricar y económico. En los reactores rápidos, las aleaciones de acero inoxidable se ajustan perfectamente, ya que son resistentes a la corrosión y tienen una sección transversal de captura baja a energías de neutrones de aproximadamente 1 Mev y más. Sin embargo, en los reactores térmicos que constituyen la mayor parte de la fuerza laboral de los actuales reactores estadounidenses y franceses, el acero inoxidable no funcionará. Tiene una sección transversal de captura demasiado alta para neutrones térmicos (velocidad promedio de 2200 m / s). Para esos reactores se utilizan aleaciones de circonio. Para los reactores tipo BWR, Zircaloy-2 y para el tipo PWR Zircaloy-4 se usan típicamente. Son mucho más caros que el acero inoxidable, pero las aleaciones de circonio son materiales increíbles. Les puedo decir que es el metal más resistente a la corrosión en el agua a la temperatura de funcionamiento de los reactores. Esto se debe a la formación de una capa de óxido intacta muy delgada que impide una mayor oxidación. Un tubo delgado de 600 micras de revestimiento de zircaloy soporta toda radiación, estrés, corrosión, fatiga y ataques químicos en el reactor durante 3 a 5 años y luego otros 10 a 30 años en las piscinas de combustible gastado. Tiene solo un inconveniente y es en un escenario de pérdida de refrigerante (LOCA). Si por alguna extraña combinación de accidentes, Zircaloy está expuesto al vapor a altas temperaturas, como los accidentes en Three Mile Island, Pensilvania o más recientemente en Fukushima Japón, puede reaccionar violentamente con el vapor y perder su integridad y liberar grandes cantidades de hidrógeno a medida que un subproducto. En resumen, si se tiene cuidado con el sistema redundante múltiple para evitar la pérdida de enfriamiento en los reactores de fisión enfriados por agua, la aleación de circonio zircaloy es su hombre y el material elegido para los tubos. En los reactores reproductores rápidos, el acero inoxidable 316 de aleación de hierro es el mejor material de revestimiento. En reactores de gas rápidos, el combustible se convierte en piedras esféricas y generalmente está revestido de carburo de silicio.

Answer 2

Zircaloy se introdujo como una mejora de seguridad con respecto al acero inoxidable hace más de 40 años. También tiene una sección transversal de absorción de neutrones térmicos significativamente menor, aproximadamente 15 veces más pequeña. La economía de neutrones es un factor de costo directo en los reactores de agua ligera, por lo que fue tanto una mejora de seguridad como de costo. Esto es un poco antes de mi tiempo, pero imagino que al menos parte del beneficio de seguridad fue la mayor conductividad térmica. (Todo esto es de segunda mano).

Aproximadamente la mitad del circonio es zirc 90. Esto tiene un número “mágico” de neutrones, lo que significa que es una capa cerrada, en cierto sentido, análoga a las capas de electrones cerrados en química. Si purificáramos el circonio de manera tal que fuera todo Zr 90, obtendríamos una reducción adicional en la absorción de neutrones parasitarios.

Como ocurre con la mayoría de los metales utilizados para la estructura, el revestimiento es en realidad una aleación, pero el zirc es dominante.

La desventaja de zirc, por supuesto, es que si se calienta lo suficiente, reaccionará con vapor, básicamente se quema. Mejor no hacer eso.

Answer 3

Las barras de combustible o el revestimiento están hechos de Zircaloy, que es una aleación de circonio. Existen varias composiciones diferentes de Zircaloy (Zircaloy-2, Zircaloy-4, etc.) que contienen diferentes cantidades de metales de aleación (hierro, etc.). El circonio se utiliza como elemento principal principalmente debido a su sección transversal de baja absorción de neutrones.

Answer 4

Los componentes internos del reactor moderados por agua incluyen varios tipos de componentes con funciones esencialmente diferentes: una estructura de soporte que soporta el peso del combustible y otros componentes, rejillas para mantener separados los tubos verticales y las barras de combustible (que son esencialmente tubos pequeños con gránulos de combustible. La estructura de soporte puede estar hecha de diferentes aleaciones, pero el acero es el componente principal ya que necesita tener suficiente resistencia. El resto de los componentes están hechos de materiales que tienen pequeñas propiedades de captura de neutrones para optimizar el proceso de neutrónica del reactor. diseñados por reactores, estas aleaciones se basan en la combinación de circonio y aluminio (de ahí el nombre más común permitido “Zircalloy”), mientras que los reactores de diseño ruso usan aleaciones de circonio-niobio. Los tubos de la barra de combustible tienen más circonio y menos otros materiales, mientras que Las rejillas tienen un mayor contenido de aditivos para proporcionar mejores propiedades estructurales.

El circonio es un material realmente maravilloso para la baja captura de neutrones y la resistencia a la corrosión en condiciones normales, excepto por su temperatura de fusión relativamente baja y su capacidad de reaccionar químicamente (oxidarse) con agua muy caliente o vapor que produce hidrógeno; estos negativos son los que crean la mayor parte de los problemáticos efectos del escenario de “fusión de núcleo”.

En los reactores “reproductores” de neutrones rápidos, los requisitos de neutrónica son diferentes, mientras que el reactor generalmente se enfría por medio no acuoso, por lo que las partes internas del reactor pueden estar hechas de aleaciones a base de acero.

Answer 5

¿Qué elemento se usa para los tubos del reactor nuclear?

Supongo que te refieres al revestimiento que contiene el combustible del reactor nuclear. Se utilizan aleaciones de circonio.

Circonio