ジルコニウムが原子炉の安全性と効率に不可欠な理由
ジルコニウムは、耐食性、高融点、硬度、強度で評価される希少金属です。その独自の特性により、航空宇宙、防衛、特に原子力エネルギーで不可欠となっています。
初期の研究では、ジルコニウムが熱中性子を過度に吸収し、炉効率を低下させる可能性が示唆されました。しかし、オークリッジ研究所の研究により、高い中性子捕獲断面積の原因は、わずか2.5％のハフニウム不純物のみであることが判明しました。
ジルコニウムとハフニウムは鉱石中で共存し、分離が困難です。1850年代、海軍原子力推進計画は、純度基準が限定的だったにもかかわらず、ノーチラス潜水艦の水冷却炉にジルコニウムを採用しました。
初期の取り組みはジルコニウム純度の向上に焦点でしたが、超高純度材料でも微量の窒素が含まれ、高温耐食性を損なっていました。その後の実験で、スズ、鉄、クロム、ニッケルの制御添加が実際に耐食性を向上させることが判明し、最初のジルコニウム合金が誕生しました。
ジルコニウム合金は、熱中性子捕獲断面積が0.185バーンと非常に低く、優れた耐食性を備え、沸騰水型炉の燃料被覆管、グリッド、ガイドチューブ、加圧水型炉の圧力容器に最適です。
核分裂炉では、中性子がウラン-235核に衝突し、バリウム-140、クリプトン-93、追加の中性子に分裂し、自己持続的な連鎖反応を駆動します。多くの中性子を捕獲する材料は連鎖反応のエネルギーを奪い、不十分な耐食性はコストのかかる修理と安全リスクを招きます。
結論
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