Разделы презентаций


Атомная энергетика и состояние работ в области реакторных материалов ядерных

Содержание

Поколения ядерной энергииВВЭР-1000РБМК-1000БН-600Брест-300СВБР-100БН-1200ГТ-МГРПервые прототипные установкиКоммерческие установки Усовершенствованные LWRРазвиваемые конструкцииПринципиально новые конструкцииБезопасныеЖизнеспособныеЭкономичныеГарантирующие ядерное нераспространениеФизически защищенныеАМБР-10АМБВВЭР-210ВВЭР-340В-440Пр.230В-440Пр.213АЭС-2006ВВЭР-ТОИ

Слайды и текст этой презентации

Слайд 1Атомная энергетика и состояние работ в области реакторных материалов ядерных

реакторов на быстрых нейтронах
Введение
Новая технологическая платформа ядерной энергетики
Ядерные реакторы IV-поколения
Основные

требования к материалам активных зон для ядерных реакторов IV-поколения
Перспективные реакторные материалы:
ядерное топливо
конструкционные материалы
поглощающие и замедляющие материалы
Исследования материалов в США по направлению создания ЯЭУ IY поколения
Заключение


Атомная энергетика и состояние работ в области реакторных материалов ядерных реакторов на быстрых нейтронах	ВведениеНовая технологическая платформа ядерной

Слайд 2Поколения ядерной энергии
ВВЭР-1000
РБМК-1000
БН-600
Брест-300
СВБР-100
БН-1200
ГТ-МГР
Первые прототипные установки
Коммерческие установки
Усовершенствованные LWR
Развиваемые конструкции
Принципиально новые

конструкции
Безопасные
Жизнеспособные
Экономичные
Гарантирующие ядерное нераспространение
Физически защищенные
АМ
БР-10
АМБ
ВВЭР-210
ВВЭР-340
В-440
Пр.230
В-440
Пр.213
АЭС-2006
ВВЭР-ТОИ

Поколения ядерной энергииВВЭР-1000РБМК-1000БН-600Брест-300СВБР-100БН-1200ГТ-МГРПервые прототипные установкиКоммерческие установки Усовершенствованные LWRРазвиваемые конструкцииПринципиально новые конструкцииБезопасныеЖизнеспособныеЭкономичныеГарантирующие ядерное нераспространениеФизически защищенныеАМБР-10АМБВВЭР-210ВВЭР-340В-440Пр.230В-440Пр.213АЭС-2006ВВЭР-ТОИ

Слайд 3Строительство АЭС в мире
МАГАТЭ

Строительство АЭС в миреМАГАТЭ

Слайд 4THE CHERNOBYL ACCIDENT

THE CHERNOBYL ACCIDENT

Слайд 5ТИПЫ АЭС В МИРЕ
МАГАТЭ

ТИПЫ АЭС В МИРЕМАГАТЭ

Слайд 6Развитие водо- водяных технологий в ядерной энергетике России
15

Развитие водо- водяных технологий в ядерной энергетике России15

Слайд 7Потребление электроэнергии на душу населения и прогнозируемый рост ядерной энергии в отобранных

странах и в Африке
МАГАТЭ

Потребление электроэнергии на душу населения и прогнозируемый рост ядерной энергии в отобранных странах и в Африке МАГАТЭ

Слайд 8Развитие региональных атомных электростанций
МАГАТЭ

Развитие региональных атомных электростанций МАГАТЭ

Слайд 9Потребление электроэнергии на душу населения и прогнозируемый рост ядерной энергии в отобранных

странах и в Африке
МАГАТЭ

Потребление электроэнергии на душу населения и прогнозируемый рост ядерной энергии в отобранных странах и в Африке МАГАТЭ

Слайд 10Дорожная карта освоения ядерных технологий в России
2010
2020
2030
2040
ВВЭР-ТОИ
ПАТЭС
Ледоколы
Большой мощности
Средней мощности
Малой мощности
БН-800
БН-1200
БРЕСТ-300
СВБР-100
Космические, мегаваттные
ОДЦ
РТ-2
Сухое

хранилище
ПРК
МБИР
Объект окончательной изоляции
(U, Pu)N
(U, Pu)O2
ОДS-стали
SiC-SiC
Многослойные, тугоплавкие
ЭК-164, ЭК-181, Чс-139
ФЦП, решения Госкорпорации

«Росатом»

ВВЭР–СКД (СУПЕР-ВВЭР)

ВВЭР 250-500

ВВЭР-600

Серийный ВВЭР-СМ

Серийный ВВЭР-ММР

Серийный БР

ВТГР

ЖСР

ADS (гибрид)

ТИН

U-Pu-Me

Микросферическое топливо

Th

Инициативные проекты и предложения

2050

2010

2020

2030

2040

2050

Дорожная карта освоения ядерных технологий в России2010202020302040ВВЭР-ТОИПАТЭСЛедоколыБольшой мощностиСредней мощностиМалой мощностиБН-800БН-1200БРЕСТ-300СВБР-100Космические, мегаваттныеОДЦРТ-2Сухое хранилищеПРКМБИРОбъект окончательной изоляции(U, Pu)N(U, Pu)O2ОДS-сталиSiC-SiCМногослойные, тугоплавкиеЭК-164,

Слайд 11Жизненный цикл атомной энергетики
МАГАТЭ

Жизненный цикл атомной энергетикиМАГАТЭ

Слайд 12Новая технологическая платформа ядерной энергетики
Замыкание ядерного топливного цикла

Новая технологическая платформа ядерной энергетикиЗамыкание ядерного топливного цикла

Слайд 13Замыкание ядерного топливного цикла

Замыкание ядерного топливного цикла

Слайд 14
Цепь ядерной реакции для образования плутония
и изотопов МА в урановом

топливной цикле
[Природный уран
Х-элемент
А- атомный номер
BCM-малая критическая масса (кг)
SFS-источник самопроизвольного деления
HGS-

источник генерации тепла (Вт\кг)
Сечения приводятся в барнах

Excellent fissile material- превосходный делящийся материал (235U, 239Pu & 241Pu)
Burnable poison- выгорающий поглотитель (237Np, 241Am & 242Am)
Intensive source of spontaneous neutrons- интенсивный источник самопроизвольно вылетающих нейтронов (238Pu, 240Pu, 242Cm & 244Cm)

Цепь ядерной реакции для образования плутонияи изотопов МА в урановом топливной цикле[Природный уранХ-элементА- атомный номерBCM-малая критическая масса

Слайд 15Основные международные инициативы

Основные международные инициативы

Слайд 16The Generation IV International Forum (GIF)
International initiative (currently 13 members)

to support R&D, within a time frame from 15 to

20 years and to reach technical maturity by 2030

The 4 GIF evaluation areas:
Sustainability
Safety and reliability
Economics
Proliferation Resistance
and Physical Protection

Designed for different applications
Electricity, Hydrogen
Desalinated water, Heat


GIF charter signed in 2001, Sw 2002, Euratom 2003, + new members:
China and Russia (Nov. 2006)

The Generation IV International Forum (GIF)International initiative (currently 13 members) to support R&D, within a time frame

Слайд 17Главные признаки реакторов IV-го поколения:
Замкнутый топливный цикл
Экономичность (стоимость электроэнергии ниже,

чем в PWR)
Естественная безопасность
Нераспространение ядерного оружия
Надежное и экономичное захоронение отходов

Главные признаки реакторов IV-го поколения:Замкнутый топливный циклЭкономичность (стоимость электроэнергии ниже, чем в PWR)Естественная безопасностьНераспространение ядерного оружияНадежное и

Слайд 18 ЯЭУ с «ЕСТЕСТВЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТЬЮ»
Исключено деление на проектные и запроектные аварии:
физические

характеристики ЯР исключают разгон на мгновенных нейтронах;
конструктивно исключена потеря теплоносителя;
нет

материалов с потенциями взрыва или пожара в конструкции ЯР.
При любых отказах в системах АЭС, ошибках персонала и реализуемых внешних воздействиях исключены выбросы радиоактивности в окружающую среду, требующие эвакуации населения.
Отказ от наращивания систем обеспечения безопасности.

ЯЭУ с «ЕСТЕСТВЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТЬЮ»Исключено деление на проектные и запроектные аварии:физические характеристики ЯР исключают разгон на мгновенных

Слайд 20Предполагаемые материалы реакторовIV-го поколения [1]

Предполагаемые материалы реакторовIV-го поколения [1]

Слайд 21 Россия (СССР): наибольший опыт эксплуатации быстрых натриевых

реакторов (более 125 реакторо – лет): ~ 40% всего мирового

опыта










Экспериментальные реакторы

Перспективные разработки

БР-10
(1959)
БОР-60
(1969)

БН-350
(1973)

БН-600 (1980)
БН-800
(строится)

БН-1800
(концептуальный проект)
БН-1200
(разрабатывается)

Развитие БН- реакторов в России

Россия (СССР): наибольший опыт эксплуатации быстрых натриевых реакторов (более 125 реакторо – лет): ~

Слайд 22Разрез реакторов на быстрых нейтронах

Разрез реакторов на быстрых нейтронах

Слайд 23Топливо БР-10, БОР-60







Штатное топливо БР-10
PuO2 - две загрузки
UC
UN

– две загрузки
Штатное топливо БОР-60:
Виброуплотненное МОКС (с 1980)
Экспериментальное топливо:
Нитриды

UN, UPuN
Карбиды UC, UPuC,
Карбонитриды UCN
Me легированный, нелегированный
Топливо на основе инертных матриц (ZrC, ZrN, MgO)
Таблеточное МОКС


Топливо БР-10, БОР-60 	 Штатное топливо БР-10PuO2 - две загрузкиUCUN – две загрузкиШтатное топливо БОР-60: Виброуплотненное МОКС

Слайд 24Топливо БН-600


Штатное топливо -
UO2 таблетки

Экспериментальные ТВС с МОКС (таблетки и

вибро)

Топливо БН-600Штатное топливо -	UO2 таблеткиЭкспериментальные ТВС с МОКС (таблетки и вибро)

Слайд 25Комплектация пучка твэлов ТВС 4565

Основные результаты контроля работоспособности твэлов
с

оболочками из аустенитных сталей нового поколения

Комплектация пучка твэлов ТВС 4565Основные результаты контроля работоспособности твэлов с оболочками из аустенитных сталей нового поколения

Слайд 26Основные результаты эксплуатации конструкционных материалов активных зон реактора БН-600

Основные результаты эксплуатации конструкционных материалов активных зон реактора БН-600

Слайд 27Топливо реактора БН-800
Штатное топливо- МОКС таблетки

Макс выгорание 10 %т.ат.
Макс радиационная доза

90 сна

Продолжаются работы по повышению радиационной стойкости стали ЧС-68хд, успешно

прошли испытания в реакторе БН-600 твэлов с оболочками из аустенитной стали стали ЭК-164хд(16Cr-19Ni), имеющей целью достижение в реакторе БН-800 максимальной дозы 110сна, выгорание (12%) .

Топливо реактора БН-800Штатное топливо- МОКС таблеткиМакс выгорание	10 %т.ат.Макс радиационная доза 90 снаПродолжаются работы по повышению радиационной стойкости

Слайд 28 Критерии разработки перспективных активных зон реакторов БН и требования к

топливу
Критерии разработки активных зон БН-К :
Замкнутый топливный цикл с

минимальным количеством долгоживущих радиоактивных отходов.
Уровень воспроизводства топлива в активной зоне КВА~ 1.
Расширенное воспроизводство: КВ до 1,45 при использовании высокоплотных видов топлива.
Глубокое выгорание топлива и повышенная длительность интервала между перегрузками.

Штатное топливо - UPuO2 (МОКС). Повышение КВА на МОКС возможно за счет более высокой объемной доли топлива и повышения эффективной плотности топлива до 9,2 г/см2.
Но! Активная зона со смешанным нитридом более компактна, обладает лучшими показателями по воспроизводству (КВ и КВА), позволяет снизить не только запас реактивности на выгорание, но и на компенсацию температурно - мощностных эффектов.

Однако возможность достижения высоких выгораний нитрида, а также вопросов безопасности при использовании нитрида не может быть обоснована без обширных НИОКР. Поэтому возможное использование нитрида – это более отдаленный этап.
Критерии разработки перспективных активных зон реакторов БН и требования к топливу

Слайд 29Разработка активной зоны реактора БН-К: состояние дел
БН-1800

С ориентацией на

совершенствование ферритно-мартенситных сталей в 2003г. разработан концептуальный проект с макс

выгоранием МОКС топлива 17% т.ат.- I этап
20%т.ат. - II этап.
Предусматривается понижение максимальной температуры оболочек до 6700С (вместо 7000С в реакторах БН-600, БН-800) за счет уменьшения подогрева натрия в активной зоне (до 140 0С).


Технические предложения для активной зоны со смешанным нитридным топливом (максимальное выгорание – 13% т.ат., доза 160сна).
Переход на UPuN может быть осуществлён при сохранении компоновки активной зоны и конструкции сборок реактора, принятых для активной зоны с UPuO2. Эффективная плотность нитрида на основе естественного азота ~80%.


БН-1200

Ведутся НИОКР по разработке проекта БН-1200 с максимально возможным использованием научно-обоснованных и отработанных технических решений, реализованных на БН-600 и БН-800. Концепция активной зоны БН-1200 и уровень выгорания соответствуют решениям, принятым для БН-1800.



Разработка активной зоны реактора БН-К: состояние делБН-1800 С ориентацией на совершенствование ферритно-мартенситных сталей в 2003г. разработан концептуальный

Слайд 30Топливо реактора БН-1200


Проект РУ БН-1200 универсален по отношению к типу

топлива : UPuO2, UPuN

Изучается возможность утилизации минор-актинидов (МА) в 2-х

вариантах:
гомогенный (введение МА в основное топливо)
гетерогенный (выжигание МА в специальных сборках-мишенях, размещаемых в активной зоне).

Для повышения КВ изучаются гетерогенные активные зоны с использованием в воспроизводящих сборках обедненного металла. Одна из разработанных моделей с аксиальной гетерогенностью без каких-либо изменений вписывается в проектируемую конструкцию БН-1200, обладает КВ~1.4 и практически нулевым изменением реактивности от выгорания.


Топливо реактора БН-1200Проект РУ БН-1200 универсален по отношению к типу топлива : UPuO2, UPuNИзучается возможность утилизации минор-актинидов

Слайд 31Основные характеристики БН-реакторов, разрабатываемых в России

Основные характеристики БН-реакторов, разрабатываемых в России

Слайд 32Топливные материалы для ядерных реакторов IV-го поколения
МОХ
МОХ+минорактиниды
(U, Pu)N
(U, Pu)C
U+Zr
U+Pu+Zr+минорактиниды
(UZr)Hx
Уран
Торий
Керамическое
Смесь фторидов

натрия, циркония, урана и актинидов

Топливные материалы  для ядерных реакторов IV-го поколенияМОХМОХ+минорактиниды(U, Pu)N(U, Pu)CU+ZrU+Pu+Zr+минорактиниды(UZr)HxУранТорийКерамическоеСмесь фторидов натрия, циркония, урана и актинидов

Слайд 33Реакторные параметры твэлов*
* – Кроуфорд Д., Поргер Д., Хайтес С.

Атомная техника за рубежом, №1, 2009

Реакторные параметры твэлов** – Кроуфорд Д., Поргер Д., Хайтес С. Атомная техника за рубежом, №1, 2009

Слайд 34Металлическое топливо
В ряде стран, прежде всего, в

США накоплен большой положительный опыт эксплуатации твэлов с металлическим легированным

топливом.
Оптимальным выбран состав
U-18%Pu-10%Zr, на котором достигнуто выгорание 20%т.а.
Металлическое легированное топливо заявлено как основная альтернатива МОКС- топливу в ядерных реакторов на быстрых нейтронах нового поколения в США, Японии, Кореи, Индии, Китая.

.

Металлическое топливо	   В ряде стран, прежде всего, в США накоплен большой положительный опыт эксплуатации твэлов

Слайд 35Основные эксплуатационные характеристики сплавов U,Pu и U-Pu-Zr

Основные эксплуатационные характеристики сплавов U,Pu и U-Pu-Zr

Слайд 3625-летний опыт испытаний металлического топлива в реакторе EBR-II (США) (Кроуфорд

Д., Поргер Д., Хайтес С. Атомная техника за рубежом, №1, 2009)
U-(2-10)Zr

– 13000 твэлов (Bu=20% т.а.)
U-(8-19)Pu-(10-12)Zr – 600 твэлов (Bu=20%т.а.)
Повреждены 22 твэла:
16 твэлов – нарушена герметичность сварных швов;
3 твэла – повреждения в области газосборника;
3 твэла – повреждения из-за ползучести оболочки.
25-летний опыт испытаний металлического топлива в реакторе EBR-II (США)   (Кроуфорд Д., Поргер Д., Хайтес С.

Слайд 37 Присутствие циркония в материале обеспечивает действие двух защитных механизмов:
повышает температуру

плавления топлива;
цирконий формирует защитный слой -фазы на границе

топливо-оболочка.
Этот барьер очень эффективен как для аустенитной, так и для ферритной оболочки вплоть до температуры 725С на внутренней её поверхности.
Создание заданной начальной пористости и натриевого теплопроводящего подслоя обеспечивают условия для формирования структуры топливного сердечника, гарантирующие высокую работоспособность твэлов.
Присутствие циркония в материале обеспечивает действие двух защитных механизмов:повышает температуру плавления топлива;цирконий формирует защитный слой -фазы на

Слайд 38Типичная структура U-19Pu-10Zr после реакторного облучения

Типичная структура U-19Pu-10Zr после реакторного облучения

Слайд 39Нитридное топливо
Анализ мирового и отечественного опыта показывают, что требуются дополнительные

эксперименты для (Upu)N с разной величиной и типом пористости таблетки

с выгоранием более 10-12 % т.ат. в диапазоне температур 700-1700 0С для разработки более достоверной модели газовыделения и распухания, необходимые для того, чтобы избежать излишних запасов при выборе конструкции твэла (диаметр, толщина стенки оболочки, величина зазора между топливом и оболочкой размер газовой полости), а также обоснования предельно допустимого ресурса твэла.

Нитридное топливо	Анализ мирового и отечественного опыта показывают, что требуются дополнительные эксперименты для (Upu)N с разной величиной и

Слайд 40 Нитридное топливо (UРu)N в BORA-BORA
1-я сборка- 4 твэла с МОКС таблетками+

4 твэла с МОКС вибро,
2-я сборка - 4 твэла

с нитридами +4 твэла с инертными матрицами.
Ноябрь 2002 выгрузка для промежуточных послерадиационных исследований (ПРИ), выгорание 5.4 - 11.3% т.ат. для разных топлив (1-ый этап облучения).
После промежуточных ПРИ часть твэлов выгружена для разрушающих исследований, остальные возвращены для продолжения облучения (2-й этап облучения) - декабрь 2003г.
Май 2005г - Облучение закончено .
Все твэлы герметичны.
Конец 2008г. - ПРИ UPu0.45N и UPu0.6N закончены.
a) 1-й этап облучения / 2-й этап

Нитридное топливо (UРu)N в BORA-BORA1-я сборка- 4 твэла с МОКС таблетками+		 4 твэла с МОКС вибро,

Слайд 41Нитридное топливо (Upu)N в BORA-BORA
UPu0.45N – верх аз (а),


центр аз (b),

a) b)






UPu0.6N – верх аз (c),
центр аз (d)
c) d)









Нитридное топливо (Upu)N в BORA-BORA UPu0.45N – верх аз  (а), центр аз  (b),

Слайд 42Топливный компакт
Микротвэлы
Призматический блок

Активная зоназасыпного типа реактора HTR-10

Ядерное топливо реактора ВТГР
Шаровые

твэлы

Топливный компактМикротвэлыПризматический блокАктивная зоназасыпного типа реактора HTR-10Ядерное топливо реактора ВТГРШаровые твэлы

Слайд 43
200 мкм

внешний слой

п
и
роуглерода

несущий

слой


SiC

внутренний слой

п
и
роуглерода

буферный слой

пористого


углер

о

да


керн


620 мкм


(а)


(

б)


Ж

12,5


50


(

В)


TRISO топливные частицы и топливные элементы ВТГР:
(а) – специально разрушенная TRISO микросфера ;
(б) – топливная частица реактора ГТ-МГР на основе PuO2;
(в) - топливный компакт реактора ГТ-МГР .

200 мкм внешний слой пироуглерода несущий слой SiC внутренний слой пироуглерода буферный слой пористого углерода керн

Слайд 44Топливный керн
Выделяет тепловую энергию. Удерживает большую часть продуктов деления (ПД).
Буферный

слой
Защищает основные слои от осколков делении.
Дополнительный объем для газообразных продуктов

деления. Аккомодация распухания керна.
Внутренний слой пирографита (PyC)
Предохраняет керны от хлорной коррозии в процессе изготовления. Обеспечивает механическую поддержку для слоя SiC. Удерживает газообразные продукты деления.
Слой SiC
Основной слой, несущий механическую нагрузку.
Удержание продуктов деления.
Наружный слой пирографита
Обеспечивает механическую поддержку для слоя SiC.
Обеспечивает защиту от утечки ПД в случае повреждения SiC. Обеспечивает связующую поверхность при компактировании.

Внешний вид разрушенного топливного керна

Топливный кернВыделяет тепловую энергию. Удерживает большую часть продуктов деления (ПД).Буферный слойЗащищает основные слои от осколков делении.Дополнительный объем

Слайд 451. Твердое распухание
Накопление продуктов деления приводит к объемному распуханию кернов

0,4-1% на 1% выгорания.
2. Газовое распухание
В результате деления U

освобождается кислород и образуются ГПД. Свободный кислород приводит к образованию СО и СО2. Накопление плутония в топливе повышает выход свободного кислорода.
Перестройка структуры при глубоком выгорании приводит к формированию газовых полостей и пор, на внутренних поверхностях которых накапливаются твердые продукты деления.
3. Амеба-эффект
При наличии градиента температуры наблюдается смещение керна, которое называют амеба-эффектом. Керн смещается в сторону более горячей области и может проникать сквозь пироуглеродные слои покрытия вплоть до слоя из карбида кремния и дальше за его пределы.
4. Снижение начального кислородного потенциала топливного керна вызывает уменьшение внутреннего давления в микротвэлах, уровня химического разрушения пироуглеродных слоев, опасности протекания амеба-эффекта.

Радиационные повреждения кернов

1. Твердое распуханиеНакопление продуктов деления приводит к объемному распуханию кернов 0,4-1% на 1% выгорания. 2. Газовое распуханиеВ

Слайд 46Конструкционные материалы для ядерных реакторов IV-го поколения
ODS-стали
аустенитные
Феррито-мартенситные
Сплавы ванадия

Многослойные
SiC- SiC

Конструкционные материалы  для ядерных реакторов IV-го поколения ODS-сталиаустенитные Феррито-мартенситныеСплавы ванадия Многослойные SiC- SiC

Слайд 47Направления разработки конструкционных материалов быстрых реакторов
Снижение радиационного распухания аустенитных хромоникелевых

сталей

Повышение жаропрочности хромистых ферритно-мартенситных сталей

Разработка новых материалов (например, ДУО сталей,

ванадиевых сплавов)

Повышение коррозионной стойкости хромистых ферритно-мартенситных сталей

Совершенствование металлургического и трубного производства путем модернизации оборудования и технологических процессов

Направления разработки конструкционных материалов быстрых реакторовСнижение радиационного распухания аустенитных хромоникелевых сталейПовышение жаропрочности хромистых ферритно-мартенситных сталейРазработка новых материалов

Слайд 48Требуемые температуры эксплуатации и повреждающие дозы в ЯЭУ различного типа

Требуемые температуры эксплуатации и повреждающие дозы в ЯЭУ различного типа

Слайд 49Дозная зависимость распухания материалов аустенитного и ферритно-мартенситного классов
Ферритно-мартенситная сталь
Аустенитные стали
Радиационное распухание

– критерий выбора конструкционных материалов

Дозная зависимость распухания материалов аустенитного и ферритно-мартенситного классовФерритно-мартенситная стальАустенитные сталиРадиационное распухание – критерий выбора конструкционных материалов

Слайд 50Оболочка твэла для БН

Оболочка твэла для БН

Слайд 51Перспективы повышения выгорания топлива в реакторе БН‑600

Перспективы повышения выгорания топлива в реакторе БН‑600

Слайд 52Основные характеристики работы твэлов в реакторе БН‑800

Основные характеристики работы твэлов в реакторе БН‑800

Слайд 53Основные характеристики работы твэлов в реакторе БН‑1200

Основные характеристики работы твэлов в реакторе БН‑1200

Слайд 54Дисперсно-упрочненные оксидами (ДУО) ферритно-мартенситная сталь








стабильность оксидных фаз
повышенная устойчивость

к рекристаллизационным процессам матрицы
качественно новый уровень характеристик жаропрочности:

Время

до разрушения при Тисп. = 700 оС при двухосном растяжении труб на 2 порядка больше, чем для стали ЭП450 при тех же условиях испытания;
Скорость ползучести меньше на 2 порядка при тех же условиях испытания.

Оксид иттрия

Матричная сталь - ЭП450

Сталь ЭП450 ДУО

Дисперсно-упрочненные оксидами (ДУО) ферритно-мартенситная сталь стабильность оксидных фаз повышенная устойчивость к рекристаллизационным процессам   матрицы качественно

Слайд 55матричный порошок
трубная заготовка
особотонкостенные трубы
нанооксиды в стали ЭП450 ДУО
термическая ползучесть
сталей ЭП450

и ЭП450 ДУО
Наноструктурированные дисперсно-упрочненные оксидами (ДУО) стали

матричный порошоктрубная заготовкаособотонкостенные трубынанооксиды в стали ЭП450 ДУОтермическая ползучестьсталей ЭП450 и ЭП450 ДУОНаноструктурированные дисперсно-упрочненные оксидами (ДУО) стали

Слайд 56 Поглощающие материалы для ядерных реакторов

IV-го поколения
10BxC ( x= 6-10)
Dy2O3HfO2
Dy2O3HfO2 + B4C
Eu2O3 + Co
W10B2
Hf10B2
HfHx (

x= 1,0-1,5)



Поглощающие материалы для ядерных реакторов IV-го поколения10BxC ( x= 6-10)Dy2O3HfO2Dy2O3HfO2 + B4CEu2O3

Слайд 57Таблетка В10С после облучения в реакторе БОР – 60 (F0,1

= (4 – 5)1021 см-2) / = 1,32,3 %
ядерная плотность

10В на  8 % выше, чем у В4С

Внешний вид, поперечное сечение и структура таблетки В10С после облучения

Таблетка В10С после облучения  в реакторе БОР – 60 (F0,1 = (4 – 5)1021 см-2) /

Слайд 58Таблетки В4С горячего прессования (> 95 % от теоретической) с

низкими механическими свойствами
Внешний вид разрушенных таблеток из штатного (а) и


рефабрицированного (б) В4С после облучения (Bu = 17 %)

а

б

Таблетки В4С горячего прессования (> 95 % от теоретической) с низкими механическими свойствамиВнешний вид разрушенных таблеток из

Слайд 59Замкнутый цикл в использовании обогащенного карбида бора в стержнях СУЗ

ядерных реакторов

Замкнутый цикл в использовании обогащенного карбида бора в стержнях СУЗ ядерных реакторов

Слайд 60Физическая эффективность органов регулирования в коммерческом реакторе JSFR (2040-2050 гг.)

Физическая эффективность органов регулирования в коммерческом реакторе JSFR (2040-2050 гг.)

Слайд 6110B(n,)7Li 177Hf(n,)178Hf(n,)179Hf
Концепция использования ПМ
в БН-реакторах Японии

10B(n,)7Li	177Hf(n,)178Hf(n,)179HfКонцепция использования ПМв БН-реакторах Японии

Слайд 62Объемные изменения различных групп поглощающих композиций Ln2O3+MexOy при реакторном облучении
min
(GdAlO3)

 без

фазовых переходов
V/V = kF при t = const
V/V ~ 15 % при F0,1 = 1,5·1021 cm-2
t = 200 – 350 oC.

II.  при фазовых переходах
V/V = f (F,t)
пирохлор (Gd2Ti2O7)  флюорит (V/V ~ 4 %)
ромбический (Gd2TiO5)  флюорит (V/V ~ 4 %)

III.  f (F,t)  флюорит
(Gd2O3·ZrO2, Dy2O3·HfO2)
V/V < 1 %.

Объемные изменения различных групп  поглощающих композиций Ln2O3+MexOy при реакторном облучении min(GdAlO3)

Слайд 63
Основные преимущества гафната диспрозия (mDy2O3·nHfO2):
неограниченная радиационная стойкость;
два поглощающих

компонента – Dy и Hf обеспечивают высокую физическую эффективность;
высокая температура

плавления (2600–2800°С);
возможность изменять соотношение Dy и Hf с сохранением эксплуатационных свойств;
высокая технологичность синтеза гафната диспрозия и изготовления таблеток высокой плотности (7,7–8,2 г/см3);
относительно дешевое сырье.
Основные преимущества гафната диспрозия (mDy2O3·nHfO2):неограниченная радиационная стойкость;два поглощающих компонента – Dy и Hf обеспечивают высокую физическую

Слайд 64

Патент РФ №2124240
Структура таблеток Dy2O3·HfO2
Основные характеристики таблеток Dy2O3·HfO2
Структура

...................................................... Флюорит
Микротвердость .............................. 7000–10000 МПа
Плотность ................................................. 7,0–7,8 г/см3
Теплопроводность (20оС)

.................. 1,7–2,0 Вт/(м·К)

КТРЛ ............................................................. 8,5·106 К-1

Предел прочности на сжатие (20С) ............ 350 МПа

о

Патент РФ №2124240Структура таблеток Dy2O3·HfO2Основные характеристики таблеток Dy2O3·HfO2Структура ...................................................... Флюорит Микротвердость .............................. 7000–10000 МПаПлотность ................................................. 7,0–7,8

Слайд 65Радиационная стойкость таблеток Dy2O3HfO2
Поперечное сечение и структура после облучения в

реакторе БОР – 60 флюенсом 11022 см-2 (E>0,1 МэВ)

Радиационная стойкость таблеток Dy2O3HfO2Поперечное сечение и структура после облучения в реакторе БОР – 60 флюенсом 11022 см-2

Слайд 66
Патент РФ №2124240

Патент РФ №2124240

Слайд 68Некоторые направления исследований США в рамках создания ядерных реакторов нового

поколения

Некоторые направления  исследований США в рамках создания ядерных реакторов нового поколения

Слайд 69 Физическое моделирование реакторных материалов

Физическое моделирование реакторных материалов

Слайд 70Микроструктура и физико-химические свойства материалов под облучением
Неравновесная термодинамика сложных

многокомпонентных систем при фабрикации и эксплуатации топлива
Химия материалов на

основе актинидов и продуктов деления
Технология разделения в разномасштабных процессах
Влияние радиации и радиолиза на физико-химические процессы
Микроструктурное конструирование реакторных материалов
Моделирование (от микро до макро состояния) материалов и явлений в многокомпонентных системах под облучением

Приоритетные направления исследований

Микроструктура и физико-химические свойства материалов под облучением Неравновесная термодинамика сложных многокомпонентных систем при фабрикации и эксплуатации топлива

Слайд 71«Мгновенные снимки» МД–генерации вакансий (красные точки) и междоузельных атомов (зеленые

точки) в месте рассеяния нейтрона с энергией ~0.7 МэВ на

железе (ОЦК) и меди (ГЦК) при максимуме точечных дефектов (а), после частичной их рекомбинации в «температурном пике» (б) и после охлаждения (в).

Материалы под облучением

а) б) в)

«Мгновенные снимки» МД–генерации вакансий (красные точки) и междоузельных атомов (зеленые точки) в месте рассеяния нейтрона с энергией

Слайд 72Графическая модель межфазной границы как центра притяжения процессов, стимулируемых облучением,

которые могут изменять структуру и состав материала, а следовательно, и

его свойства.

Материалы под облучением

Здесь: а) миграция вакансий и междоузельных атомов к границе зерен как стоку точечных дефектов, b) сегрегация или c) осаждение там примесей, d) эмиссия, абсорбция и захват дислокаций, e) распространение трещины, f) перенос к, от и вдоль граничной поверхности, g) локализация примесей, h) точечных дефектов и i) их рекомбинация.

Графическая модель межфазной границы как центра притяжения процессов, стимулируемых облучением, которые могут изменять структуру и состав материала,

Слайд 73Какие механизмы контролируют разрушение материалов в экстремальных условиях (облучения, мех.

напряжения, коррозии)?
Почему ОЦК металлы менее подвержены распуханию, чем ГЦК?
Как влияет

атомный беспорядок на свойства реакторных материалов?
Какую роль играет межфазная граница в деградации материалов под облучением?
Как связать методы и средства моделирования физических систем разного характера и разной степени детализации в адекватный междисциплинарный инструментарий?
Как использовать большой ресурс Отдела BES (инвестиции, исследовательские центры) для конструирования реакторных материалов?

Материалы под облучением (вопросы)

Какие механизмы контролируют разрушение материалов в экстремальных условиях (облучения, мех. напряжения, коррозии)?Почему ОЦК металлы менее подвержены распуханию,

Слайд 74 Перспективное топливо
Топливо на основе нейтральной матрицы (Zr0.58Pu0.21Am0.21)N
Нитриды плутония

и америция образуют гетерогенную смесь в топливной таблетке

Перспективное топливо Топливо на основе нейтральной матрицы (Zr0.58Pu0.21Am0.21)NНитриды плутония и америция образуют гетерогенную смесь  в

Слайд 75Широкомасштабное (large-scale) молекулярно-динамическое моделирование конденсированных сред под облучением.
Разработка методов

ускоренного МД–моделирования на большие времена (long time scales).
Разработка технологии передачи

информации с атомного уровня на средний (mesoscale) уровень и в континуальную модель.
Идентификация механизмов разрушения на атомарном уровне, исходя из данных макроскопического разрушения.

Моделирование систем под облучением (задачи)

Широкомасштабное (large-scale) молекулярно-динамическое моделирование конденсированных сред под облучением. Разработка методов ускоренного МД–моделирования на большие времена (long time

Слайд 76 Моделирование систем под облучением
Моделированием на суперкомпьтере (LLNL, 10 тыс.

параллельных процессоров) установлено, что упрочнение (закалка) металла происходит, когда дислокации

связываются в узлы по четыре на каждый узел.

Это подтверждается экспериментом, что открывает новые технологические возможности для упрочнения конструкционных материалов.

Моделирование систем под облучениемМоделированием на суперкомпьтере (LLNL, 10 тыс. параллельных процессоров) установлено, что упрочнение (закалка) металла

Слайд 77Моделирование (modeling and simulation) рассматривается как третья ветвь (!), соединяющая

эксперимент и теорию.
С помощью моделирования (modeling) можно объединить большинство теорий

и концепций, разработанных в разных отраслях науки.
С помощью моделирования (simulation) можно использовать передовые компьютерные методы, алгоритмы и платформы, чтобы получить результаты, недостижимые другими средствами.

Моделирование систем под облучением

Моделирование (modeling and simulation) рассматривается как третья ветвь (!), соединяющая эксперимент и теорию.С помощью моделирования (modeling) можно

Слайд 78Заключение отчета DOE
Поисковые исследования в интересах перспективной ядерной

энергетики направлены на:
точное определение электронной структуры f–переходных металлов,
соединение разномасштабных

компьютерных моделей в единый комплекс,
компьютерное проектирование материалов и с заданными динамическими свойствами.
Фундаментальные исследования в интересах перспективной ядерной энергетики ориентированы на понимание:
эволюции микроструктуры материалов под облучением,
реакции материалов на воздействие окружающей среды,
поведения актинидов в топливе и разделительных системах или РАО в фиксирующих формах на длительных интервалах времени.
Заключение отчета DOE  Поисковые исследования в интересах перспективной ядерной энергетики направлены на:точное определение электронной структуры f–переходных

Обратная связь

Если не удалось найти и скачать доклад-презентацию, Вы можете заказать его на нашем сайте. Мы постараемся найти нужный Вам материал и отправим по электронной почте. Не стесняйтесь обращаться к нам, если у вас возникли вопросы или пожелания:

Email: Нажмите что бы посмотреть 

Что такое TheSlide.ru?

Это сайт презентации, докладов, проектов в PowerPoint. Здесь удобно  хранить и делиться своими презентациями с другими пользователями.


Для правообладателей

Яндекс.Метрика