Легководных реакторов

2. Легкая окисляемость меди при высоких температурах приводит к засорению металла шва тугоплавкими окислами. Закись меди растворима в жидком металле и ограниченно — в твердом. С медью закись образует легкоплавкую эвтектику Си—Сп20 (температура плавления 1064° С), которая сосредоточивается по границам зерен и снижает пластичность меди, что может привести к образованию горячих трещин.

3. Наличие некоторых примесей может способствовать склонности сварных соединений к образованию трещин. Так, например, висмут, образующий ряд окислов BiO, Bi203, Bi2O4, Bi2O5, дает легкоплавкую эвтектику с температурой плавления 270° С, а свинец, образующий окислы РЬО, РЬ02, РЬ203, дает легкоплавкую эвтектику с температурой плавления 326° С. По указанной причине должно быть резко ограничено содержание этих примесей (Bi<0,002%; Pb< 0,005%), либо они должны быть связаны в тугоплавкие соединения введением в сварочную ванну таких элементов, как церий, цирконий, играющих одновременно роль модификаторов.

Влияние серы. Сера является вредной примесью. Она образует легкоплавкую эвтектику FeS + Fe. При кристаллизации сплава легкоплавкая эвтектика располагается по границам зерен и при повторном нагреве расплавляется, в результате чего нарушается связь между зернами, что приводит к образованию трещин и надрывов. Это явление носит название красноломкости. Допускается содержание серы до 0,06 %.

На свариваемость меди большое влияние оказывают содержащиеся в ней вредные примеси (О2, Н2, Bi, Pb и др.). Кислород, находящийся в меди в виде оксида Си2О, является одной из причин образования горячих трещин в сварных швах. Двуоксид меди образует с медью легкоплавкую эвтектику (Си2О—Си), которая располагается по границам кристаллитов и снижает температуру их затвердевания. Такое же действие оказывают Bi и РЬ. Наличие сетки эвтектики по границам кристаллитов делает шов более хрупким при нормальных температурах.

Легкая окисляемость Си в расплавленном состоянии приводит к образованию Си2О, хорошо растворяющейся в жидкой Си, давая легкоплавкую эвтектику, которая, располагаясь по границам зерен, снижает стойкость металла шва против кристаллизационных трещин. Высокая теплопроводность Си вызывает необходимость применения концентрированных источников нагрева и часто подогрева.

Введение в хромистую сталь никеля и применение никеля и его сплавов в сернистых газах при температурах выше 600° С неэффективно. Объясняется это тем, что при действии на никель сернистых соединений образуется сернистый никель, который дает с никелем легкоплавкую эвтектику Ni — Ni3Si2, плавящуюся при температуре около (325° С. Образование этой эвтектики в

Влияние серы. Сера является вредной примесью в стали. С железом она образует химическое соединение FeS, которое практически нерастворимо в нем в твердом состоянии, но растворимо в жидком металле. Соединение FeS образует с железом легкоплавкую эвтектику с температурой плавления 988 °С. Эта эвтектика образуется даже при очень малых содержаниях серы. Кристаллизуясь из жидкости по окончании затвердевания, эвтектика преимущественно располагается по границам зерна. При нагревании стали до температуры прокатки или ковки (1000—1200 °С) эвтектика расплавляется, нарушается связь между зернами металла, вследствие чего при деформации стали в местах расположения эвтектики возникают надрывы и трещины. Это явление носит название красноломкости.

В промышленном бериллии содержатся металлические фазы (в частности, металлид на основе алюминия, способный образовывать легкоплавкую эвтектику), вызывающие разрушение бериллия при 500—650°С [28]. Это ухудшает работоспособность конструкций, например деталей тештопоглощающих элементов авиационных тормозов, которые должны обладать повышенной стойкостью к тепловым ударам и не растрески-

Никель, в котором находится более 0,002% серы в виде сульфида никеля, после отжига при температурах выше 700° С становится хрупким. Сера реагирует с никелем, если его нагревать в серосодержащей атмосфере, образуя по границам зерен легкоплавкую эвтектику. Длительное пребывание никеля в такой атмосфере при повышенной температуре приводит к сильному понижению его механических свойств.

Присадка до 0,04% Те способствует измельчению перлитных участков и увеличению количества цементита. Повышение содержания теллура до 0,07% приводит к образованию дефектов в виде микропор и раковин, снижению жидкотекучести чугуна, коагуляции включений, уменьшению поверхностного натяжения на границе растущих кристаллов аустенита, что способствует увеличению количества перлита и огрублению структуры. С увеличением содержания теллура более 0,07% неметаллические включения коагулируют. Эти включения представляют собой легкоплавкую эвтектику. Теллур имеет малую растворимость в аустените и цементите и находится в основном в легкоплавких включениях.

Известно много составов баббитов. В СССР стандартизовано восемь марок баббитов (табл. 7), из них в ГОСТ 1320—55 включено шесть марок баббитов, В том числе Б83 и Б89 на оловянной основе (83 и 89% олова) и четыре марки малооловянных свинцово-сурьмяных баббитов. В последней группе баббитов в качестве дополнительных легирующих элементов используются медь, мышьяк, кадмий, никель, теллур и магний. Добавка меди увеличивает твердость и ударную вязкость и, главное, препятствует ликвации свинцово-сурьмяных сплавов. Мышьяк улучшает жидкотекучесть и повышает теплопрочность баббитов. Никель повышает вязкость, твердость и износоустойчивость сплавов. Теллур и кадмий увеличивают прочность и коррозионную стойкость свинцовых баббитов. Висмут является вредной примесью, так как образует легкоплавкую эвтектику.

В настоящее время среди американских легководных реакторов около GO % составляют реакторы P\VR 'и 40 % — BWR. Оба эти типа, как уже отмечалось, имеют отрицательным коэффициент реактивности. В реакторах B\\'R существуют проб темы, связанные с использованием пара (удаление влажности, радиоактивность). Для реакторов PWR требуется более сложная н более дорогая герметизирующая оболичка. но зато они имеют более высокую удельную мощность (тепловую) и соответственно лучшее использование'топлива. В некоторых странах действуют газоох-лаждаемые реакторы (HTGR). В США технология охлаждения газом была разработана н опробпрована ка небольшом реакторе мощностью 40 МВт. установленном на блоке N° 1 АЭС Пич BOTTOM. Этот реактор был выведен из эксплуатации после почти восьмилетней успешной работы. Более мощный газоохлаж-даемый реактор (ЗЗО .МВт) на АЭС Форт-Сент-

У газоохлаждаемых реакторов есть также и недостатки. Гелиевый теплоноситель должен прокачиваться при очень высокой скорости, около 60 м/с, поскольку для отвода теплоты требуются довольно большие его объемы, около 28,5 м3/МВт (эл.). При внеплановой остановке эксплуатационных центробежных газо-дувок возникает необходимость прокачки теплоносителя с помощью резервных (аварийных) газодувок, с тем чтобы поддержать температуру твэлов ниже их точки плавления. Естественно, что эти же самые проблемы существуют и для легководных реакторов.

Выбор пал на использование для реакто- -ров БН в качестве топлива окислов. Многолетний опыт эксплуатации окислов в качестве топлива для легководных реакторов показал, что хотя они и не лишены недостатков, они все же не подвергаются радиальному распуханию и имеют более высокую точку плавления, что в какой-то степени компенсирует их более низкую теплопроводность. Следует тем не менее отметить, что содержащийся в окисном топливе кислород, выполняя роль замедлителя, как бы «смягчает» нейтронный спектр

При проектировании реактора БН, как и легководных реакторов, одной из основных проблем является зависимость реактивности от температуры. Очевидно, что для безопасной эксплуатации dp/dT должно быть отрицательным. Эта проблема была интенсивно изучена только для реакторов-размножителей на быстрых нейтронах с жидким натрием в качестве теплоносителя. В реакторах этого типа главная проблема состоит в возникновении пузырей, образующихся в натрии из-за его кипения, или даже обшей потере натрия вследствие аварии. Из-за образования пузырей в натрии ужесточается спектр нейтронов в результате эффекта снижения замедления внутри пузырей и увеличиваются утечки из активной зоны реактора из-за снижения эффекта рассеяния в пузырях.

примесей на месте упрощается одна из основных проблем современных легководных реакторов, т. е. транспортировка на регенерацию отработавших, а следовательно, высоко радиоактивных твэлов.

Испытания утечки теплоносителя были неудовлетворительны из-за несопоставимости результатов. Поскольку реактор для испытаний с утечкой теплоносителя значительно меньше современных легководных реакторов, неясно, есть лн смысл проводить их сравнения. Из-за этих различий исследование, проведенное обществом American Physical Society, предполагает, что результаты испытания с утечкой теплоносителя не могут быть использованы для принятия машинных кодов, применяемых при оценке системы аварийного охлаждения реактора. Они, однако, могут проводиться для исследования довольно большого числа явлений, которые имеют место во время аварий с потерей теплоносителя. Следует заметить, что реактор для проведения испытаний с утечкой теплоносителя имитирует только реакторы с водой под давлением (PWR),a проведение аналогичных испытаний для реакторов на кипящей воде (типа BWR) еще даже не предусмотрено.

Для легководных реакторов, применяемых в США, необходимо топливо с обогащением до 3 % по 235U по сравнению с 0,71 % его содержания в природном уране. Химические ре--акции слишком малочувствительны к атомной массе реагируемых элементов. Поэтому они не могут быть использованы в процессе обогащения изотопом 235U.

если будет увеличиваться выработка электроэнергии на геотермальных электростанциях, темпы роста объема сбросной теплоты будут более высокими по сравнению с темпами увеличения производства электроэнергии. Обусловлено это тем, что КПД АЭС и ГеоТЭС ниже, чем ТЭС на органическом топливе. За последние годы термический КПД ТЭС увеличился, однако в дальнейшем он вряд ли превысит достигнутый в настоящее время уровень, составляющий примерно 40%. Несомненно также, что и КПД современного поколения легководных реакторов нельзя будет увеличить.

Использование легководных реакторов на АЭС должно постепенно подойти к пределу, определяемому наличием природного! урана и мощностями по его добыче и обогащению. Разведанные запасы и геологические ресурсы урана в США оцениваются в 1,6 млн. т при стоимости добычи до 65 долл/кг, включая доставку, и 2,2 млн. т при стоимости добычи

Препятствия, мешающие быстрому внедрению реакторов БН, в своей основе не являются техническими, а проистекают скорее из проблем, с которыми сталкивается ядерная энергетика в целом. Сюда относятся вопросы, связанные с нераспространением ядерного оружия, безопасностью реакторов и развитием требуемых для ядерного топливного цикла производственных мощностей. Общественное беспокойство1 по поводу транспортировки и обращения с плутонием сосредоточилось на бридерной технологии, поскольку требования по безопасности в обращении с плутонием на порядок выше, чем с урановым топливом для легководных реакторов.

Уменьшение низкотемпературной пластичности носит название отпускной хрупкости. Наиболее часто она наблюдается у Cr, Ni, Мо сталей, используемых для роторов турбин, и Мп, Мо сталей, используемых для корпуса легководных реакторов. Проявляется она в уменьшении ударной вязкости или увеличении температуры хрупкого перехода. Это связано с миграцией определенных элементов, которые занимают соседствующее положение в периодической системе, к границам зерен и проявляется в виде интер-кристаллитного излома. Миграция наблюдается для большинства легирующих элементов, включая углерод, кремний, никель и марганец, но не отмечена для молибдена. Примесные элементы при температуре отпуска находятся в твердом растворе и выделяются по границам зерен при температуре ~500°С. Поэтому хрупкости можно избежать при быстром охлаждении стали с температуры отпуска, но это может привести для массивных изделий к появлению высоких, превышающих предел текучести, внутренних напряжений, действие которых может быть более отрицательным, чем сама отпускная хрупкость. Технология ступенчатого охлаждения от температуры отпуска при удачно выбранной температуре ступенек позволяет избежать отпускной хрупкости и в то же время не привести к появлению больших внутренних напряжений. Отпускная хрупкость может быть сведена к минимуму при снижении содержания примесей от 0,01 до 0,001% за счет тщательного выбора скрапа и шлака, а также при использовании очень чистого, например электролитического, железа. Дальнейшее улучшение может быть достигнуто в результате удаления кремния, т.е. при использовании вакуумного раскисления. Трудно расположить элементы в порядке усиления их влияния на отпускную хрупкость, так как некоторые из них используются редко или в таких малых количествах, что их влияние трудно учесть. Проведенные в последние годы исследования позволили получить стали для больших роторов, температура хрупкого перехода которых снижена со 100° до 0°С.