原子炉でのジルコニウムの使用
ジルコニウムは銀灰色の遷移金属です。非常に展性があり、延性が高く、安定したコンパウンドを形成します。ジルコニウム合金は、さまざまな分野でさまざまな方法で使用されてきました。その主な魅力的な特性の1つは、腐食に強いことです。
腐食性の高い環境で使用されます。ジルコニウム材料は、パイプ、熱交換器、継手などに使用されます。ジルコニウムは、合金鋼、着色釉薬、レンガ、セラミック、研磨剤、ランプフィラメント、人工宝石などにも使用されます。ジルコニウムは、触媒コンバーターの製造にも使用されます。炉レンガ、実験用るつぼ、外科用器具、テレビガラスなど。
この記事では、原子炉へのジルコニウムの適用について説明します。
ジルコニウム合金は優れた特性を備えており、燃料被覆管や原子炉の建設に使用されるその他の構造材料として使用されています。
ジルコニウムの処理
ジルコニウムは通常、他の元素、特にメンデレーエフの表の下の列に対応するハフニウムとともに存在します。ジルコニウムのほとんどの鉱石には、1.5〜2.5％のハフニウムが含まれています。
ハフニウムは熱中性子捕獲断面積が大きいため、核用途に使用する前にジルコニウム鉱石から除去する必要があります。
ジルコニウム合金の工業用部品の処理は、酸素との反応性のためにかなり複雑です。
ジルコニウム合金
核グレードのジルコニウム合金の組成は95％のジルコニウムで構成され、2％未満がスズ、鉄、クロム、ニッケル、およびその他の金属で構成されています。これらの金属は、合金の耐食性を改善し、その機械的強度を改善するために追加されます。
被覆材としてのジルコニウム合金の使用
ジルコニウムは、原子炉の被覆材として使用されています。原子炉に動力を供給するために使用される円筒形の燃料棒を覆います。通常、ジルコニウムのクラッドには、酸化ウランペレットまたはその他の核分裂性物質が詰め込まれています。
燃料被覆とは、燃料棒の外側部分を指します。それは通常、原子炉冷却材と核燃料の間にあります。ジルコニウムは、核分裂反応中に逃げる傾向のあるいくつかの電子を容易に吸収する能力があるため、ほとんどの原子炉にとって最高の金属です。また、耐薬品性や熱腐食性に優れているため使用されています。ジルコニウムは、熱中性子の吸収断面積が非常に小さいです。
ジルコニウム合金は、その特性からクラッドに使用されます。放射性核分裂生成物が燃料マトリックスを離れて原子炉冷却材に逃げて汚染するのを防ぎます。その冷却能力のために、ジルコニウムはクラッディングのための良い金属として使用されます。
原子炉は、中性子吸収の少ない材料で構築する必要があります。これは、反応によって生成された多数の中性子が、数百の燃料棒の中に閉じ込められたすべての核燃料と同時に容易に相互作用するために自由でなければならないためです。これにより、必要な連鎖反応が原子炉の炉心内で維持されることが保証されます。
ジルコニウムとスズ、鉄、ニッケル、クロムなどの他の金属との合金であるジルコニウムクラッドは、原子力発電所の燃料棒やその他の金属にも使用されています。軍用原子炉で。
水冷原子炉でのジルコニウム合金の使用
水冷反応器でジルコニウム合金が効果を維持する最高温度は、耐食性によって決まります。主要な合金元素としてスズを含むジルカロイのようなジルコニウム合金は、スズの存在により高い機械的特性を持っています。ジルカロイは主に世界のさまざまな地域の原子炉で使用されています。
ジルコニウム合金の酸化
原子力産業は、原子力事故の場合のジルコニウム合金の酸化プロセスと、ジルコニウムと燃料および蒸気との反応を研究してきました。 800k以下の範囲の温度でのジルコニウム合金の酸化に関してさまざまな報告がなされています。
300°Cの温度で水とジルコニウムを組み合わせると、金属が酸化され、金属の表面に固体酸化物が形成されます。酸化速度は、酸素圧または水蒸気によって異なります。
クラッドとしてジルコニウムを使用することの重要性
ジルコニウムの主な用途の1つは、原子炉のクラッディングです。被覆材としてのジルコニウムは、放射性核分裂生成物が燃料マトリックスから原子炉冷却材に逃げて汚染を引き起こすのを防ぎます。
被覆がないと、燃料棒が漏れる可能性があります。これは次のことにつながります：
●キセノン、ヨウ素、クリプトンなどの安定した放射性核分裂生成物の1次回路への移動。
●セシウム、ストロンチウム、テクネチウムなどの長寿命の同位体が一次回路に堆積する可能性があります。
●回路の全体的な照射レベルを上げます。
一般的に、ジルコニウム合金は、燃料の燃焼度を高め、故障率を下げることで燃料性能を向上させるのに役立つため、原子力市場での関連性を維持します。ジルコニウム合金は、水および原子炉の燃料棒を被覆するための最良の選択であり続けるでしょう。これは、耐食性が高く、熱中性子の捕獲断面積が小さいためです。
金属