Tugann teicneolaíocht an tineáin TRISO bonn do na liathróidí cearamaacha a úsáidtear i ngnéithe fúinn núicléach. Is beagán milliméadar ar fhad atá na gáire bheaga ach tá tineán uaireann istigh acu, faoi roinnt scaglacha chaofaite cosanta déanta as chairbide sileacain agus charbón. Cruthaíonn sé seo rud cosúil le córas inmheánaigh bheag a choinníonn ábhar ghloineacha ó dhul amach, fiú faoi theochtaí an-mhóra os cionn 1800 céim Cealsiuis. Taispeántar i dtástálacha a rinneadh ag eagraíochtaí ardleibhéil slándála núicléach go mbíonn thart ar 99.99 faoin gcéad de na táirgí taismeacha gloineacha istigh i rith coinníollacha éagsúla. Déanann sé sin iad thar a bheith tábhachtach chun oibriú slán a chinntiú i réactóirí inniu, ag tabhairt mallachta do ingineoirí faoi leicthe nó teiptheanna is féidir.
Téann éifeachtúlacht an scagtha cearamaigh ón struchtúr iolrach den ábhar, a chomhtháthálóimidréadú neodatrón, ioncaitheadh, agus laghdú gamma:
| Scagail Ábhar | Feidhmiú | Teorainn Fheidhmeachais Radaíochta |
|---|---|---|
| Silicon Carbide (SiC) | Bacán struchtúrach bunúsach agus modhnóir neodrón | Go dtí 1,800°C |
| Boron-Carbide (Bâ₂C) | Díchumasc neodrón | 800°C ar feadh tréimhse |
| Tungstain-Láithre | Méadú fána gama | >300 keV fuinneamh fhotón |
Redhaigh ceirmeacaí ard-dhlúth mar chomhdhéinímí tungstain-bismuth an t-eitilteacht gama 80% i gcomparáid le coscadh airgead cloiche traidisiúnta, de réir staidéar 2023. Ligeann an dearbhán ilghníomhach seo disshealú éifeachtach teasa, agus cuireann sé cosc láidir i bhfeidhm ar radaíocht neodrónacha agus gama.
I nLabhrachóid Náisiúnta Idaho, cuireann taighdeoirí craincíní criamhacha bunaithe ar TRISO ar triail i gcoinníollacha imithe cumhachta stáisiún shamhlaithe. Thug na tástálacha teochtaí thar 3,000°F (1,650°C) ar siúl níos mó ná 400 uair an chloig ina diaidh a chéile, go mórthimpeall thuas leis an méid a bhaineann le reactóirí de ghnáth. Ba é atá ag seasamh amach ná go raibh laghdú ganmhaithní fánach os cionn 97% ar fud an turra. Cuireann sé seo comhoiriúnach go han-mhaith le sonraí ón nGníomhaireacht Idirnáisiúnta um Fuinneamh Adamhach a léiríonn gur féidir le criathraí criamhacha laghdú timpeall 90% a dhéanamh ar shealadáil ghathradaíochta i rith tincéala i gcomparáid le barracha traidisiúnta ocsaíd uráin. Is gné álainn eile conas a fhásann an criathar níos cróga nuair a bhuailtear air le gathanna, rud a dhéanann é níos indéanta chun scagadh imeacht fiú má theipeann córamhúcháin go hiomlán.
Imríonn carbónach silicin (SiC) chomh maith le grafaid ina bhfuil ról suntasach agus iad ag coinneáil na mbil acerámacha tórrtha ar fad ó thaobh teasa agus an éadraíochta. Fanann an comhbhunadh SiC láidir fiú nuair a théann na teochta thar 1600 céim Chelsais, agus ní theipeann sé go héasca nuair a dhéantar é a nochtadh do sruthanna neodrón thar 10^21 n in gach cm². Ciallaíonn sé seo go bhféadfadh na hairgí seo faoi bhlaiseanna níos faide i gcoinníollacha an-dian. Cabhraíonn an grafaid freisin trí na neodrónacha sin a iarraidh suas agus tréigthe teasa go héifeachtach mar gheall ar a airíonna trasdhluithe teasa treochnithe. Gan an chombhéas seo, feicfimis pointí teifigh casta ag teacht chun cinn laistigh de chroíthreoireáin atá in ann fadhbanna móra a chruthú sa todhchaí.
Nuair a luchtáiltear ábhair chineolaíocha le borain-10, is féidir leo thart ar 94% de na neodrónacha teirmigh áirithe seo a ghabháil trí phróiseas a dtugtar an próiseas 10B(n,α)7Li air. Nuair a bhíonn sé ag dul faoi ghama rays a stopadh, is iad na hábhair le huimhreacha adamhacha ard a oibríonn go hiontach. Tá volfram agus biasmuth ar leith sa réimse seo toisc go bhfuil siad thar barr ag ionsú na fhotóin uasta fuinnimh seo trí phróbhlóim a thugtar éifeacht fhotoleictreach air. Má chuirtear ábhar comhdhéanta atá 3 ciciméadar tiubh le chéile, a dhéantar as carbóin bhorain agus volfram, laghdaíonn sé láidreacht na gama gathaithe go pràimhphointe gan bheith ann—laghdú thart ar 99.8%. Deimhníodh an chosaint seo i gcoinne gathaithe neodrónacha agus gama i dteastais, lena n-áirítear torthaí le déanaí foilsithe ag Oifig Idirnáisiúnta um Fuinnimh Adamhach sa bhliain 2023.
Méadaí ar a dtugtar ceirmeacha MAX atá ann, lena n-áirítear comhdhúil cosúil le Ti3SiC2 agus Cr2AlC, a thugann na míreanna is fearr de mhaithe leis an dá shláin: na meatain agus na gceirmeacha. Tairgeann na substainteanna seo neart iontach nuair a bhíonn craiceáil orthu, ag taispeáint fardhel eile trí huaire níos fearr i gcomparáid le siliam carbide gnáth. An rud a dhéanann iad níos suimiúla fós ná a gcumas neodrónacha a mheathnú go héifeachtach. Taispeánaigh staidéar a rinne taighdeoirí ag Oak Ridge National Laboratory rud thar a bheith iontach freisin. Nuair a bhíonn siad ag dealraithe le cúinsí ina mbíonn caillteanas ar an ngluaiseachtóir, bíonn sé in ann teochtaí suas le 800 céim Cealsiuis a sheachaint le breis agus trí lá slán. Tá an cineál sin fardhail seo tar éis aire a tharraingt ó shaineolaithe atá ag obair ar ghiniúin chenaí atá againn de réactóirí núicléacha, go háirithe i réactóirí le salainn leite agus coincheapanna deartha ar nós na gceann is nua-aimseartha.
Cuireann teorainneacha mórfhoirmeacha ar fheidhm i gcrainn cearmaigh cosc ar chruthú bhulbulla hēilim – cúis coitianta le haghaidh méidithe a ndéantar ag fórsaí radaighníochta. Taispeántar níos lú ná 0.2% athrú toirt tar éis tástála aoisithe luaithe i ndiaidh nochtana comhionann le 40 bliain fhoirse fo-thuaslagtha. Cuireann raon porachta dhointe de 8–12% béim ar leathadh teasa gan doimhneacht nó feidhmniú cosc a mhaolú, ag cinntiú sláinteachta ar feadh fadtréimhse.
Tá dearbhú ceirmeach le ceithre lucht ar fhadhbanna TRISO ann a choinneálann gach rud go maith. Tá carbon spóráinnte cosainte timpeall an gcroí uaireanaigh atá ann, ag cabhrú le himeacht mheicniúla agus teasa a ionlasadh a dhéanfadh faoi bhearta eile. Nuair a bhíonn tú ag breathnú ar an lucht carbide silicium, is é sin bás na córaí cosanta anseo. Fanann ábhar ghloine ina suí istigh ansin le níos mó ná 99.9 faoin chéad céad éifeachtach fiú nuair a bhíonn na teochtaí thart ar 1600 céim Chelsais. Ansin táimid againn na luchta carbon píoróilithe inmheánacha agus amuigh. Déanann siad dhá ní príomha i ndáiríre. Ar dtús, soláthraíonn siad tacú struchtúrtha, agus ar an dara dul, stopann siad aon imghnímh cheimiceacha neamhthéite ó tharlaítear idir an gcroí uaireanaigh agus an lucht carbide silicium. Déanann an t-eagar seo cinnteach go fanann an fháidin slán fiú nuair a athraíonn na teochtaí go tapa ar aghaidh agus ar ais.
Imithe le tástáil thar aghaidh na ham ag similiú deichniúrta blianta d'fhóscaíochta neutron i seachtainí. Tar éis 10,000 uair an chloig faoi shondas ard-fhlux (10¹n/cm²), cuireann clúdaigh TRISO níos mó ná 98% den áilleacht bunaidh ar ais. Fanann an scamaill SiC beagnach neamhthráiteáilte, le poróchtacht faoi bhun 0.01% tar éis fhóscadh do dhózacha gamma a fhaigheann os cionn 200 MGy—mar sin cinntítear go maithe go muna bhféadfadh cracaíon bheaga ar thitium mar thoradh air seo.
Cothromaíonn tosaíochtí cruinn mhéidh an chnuasaíochta le rialú teasa:
| Sraith | Tiomchar (µm) | FEIDHMEANNA EISCEACHTA |
|---|---|---|
| Burbhuisceoir Charbón Phorach | 50–100 | Níl ann ach strus teasa a abhracáil |
| Carbón Píroilíticeach Inmheánach | 20–40 | Cosc ar imghnímh idir an gciorcalín agus SiC |
| Silicon Carbide | 30–50 | Múchadh ar tháirgí spléise |
| Carbón Píroilíticeach Amuigh | 40–60 | Fiafraíodh ó dhíchur meicniúil |
Léiríonn imonachtanna go bhfuil blocáil neodróna 60% níos fearr ag méadú an leathanaigh SiC ó 25 µm go 35 µm, ag laghdú go suntasach ar an bpairc riosca sciorrú foinnaithe.
Leanann déantóirí anois stándair ISO 21439:2023 chun fadhbanna toirteacha daingine (<0.5% athrú) a bhaint amach. Soláthraíonn cóiptheoirí uathoibríoch 95% torlú táirgeachta, ag tacú leis na héiscir bliantúla atá thar 10 milliún cnaipe fhuinnimh in aghaidh réactóra—fás 300% ó 2020. Léiríonn an scálú seo caighdeán cothrom do chur chuige ar fhreastalaí cruinn agus reothóirí salainne leite ar fud an domhain.
Imríonn carbide bhorain (B4C) pháirt bhreise in neodrónaí a rialú toisc go bhfuil trasmhéid ionfhlatha ar leibhéal an isotóip 10B aige, thart ar 3,840 mbarn, chun é a bheith cruinn. Nuair a thástáil taighdeoirí luide óir le coinneas carbide bhorain thart ar 15%, chonaic siad laghdú iontach ar fhaisnéis na neodrón faoi 92%. Téann an dúshlán i ndán nuair a bhíonn sé le hionramhacha éagsúla fuinnimh á lorg. Mar sin, cuirtear ocsaíd ghadolíniam (Gd2O3) go minic i mbeartanna nua-aimseartha go sonrach do na neodrón epiteirmeach seo, agus cuirtear dábhórid hafniam (HfB2) leis chun na neodrón atá ag gluaiseacht go tapa a láimhseáil níos fearr. Bíonn rátaí laghdaithe idir 8 agus 12 inbhéart cm acu go minic ag fuinnimh thart ar 2 MeV, rud a dhéanann iad níos ilghnéitheach ná réitigh sna seans.
| Materach | Raon Fuinnimh Neodrón | Éifeachtúlacht Ionfhlaithithe (cm⁻¹) |
|---|---|---|
| Carbide Bhorain | Teirmileach (<0.025 eV) | 10.2 |
| Ocsaíd Ghadolíniam | Epiteirmileach (1–100 eV) | 7.8 |
| Diboride Hafnaigh | Tapaidh (>1 MeV) | 3.4 |
Má tá gá ag fabhróirí cosc ar ghama ghathaithe, bíonn siad ag teacht go minic chuig ábhair throma ar nós carbón tungsstain nó triocsíd bismuth. Glac le scíthár cearamach thart ar 10mm tiubh agus atá agus thart ar 30 faoin gcéad carbón tungsstain ann. Laghdaíonn an bhileog seo gathanna gama faoi thuairim ar 85 faoin gcéad nuair a bhíonn sé ag dealú le hathraithe fuinnimh thart ar 1.33 MeV. Comhaontóidh cineál na foirfe seo leis na scítháin phlóma traidisiúnta, ach gan na riosca sláinte uilig a bhaineann le nochtadh do phlóm. Nuair a bhreathnaímid ar roghanna bunaithe ar bhismuth, tomhaisear a chumas gathaithe a chosc idir 0.12 agus 0.18 cic in aghaidh an ghram. Déanann na airíonna seo chearamacs bismuth a bheith ina rogha mhór i gcásanna áit ábhartha agus áit a bhfuil gá le caighdeáin slándála a chur i bhfeidhm.
Cruthaíonn dearbháil chomhtháite B₄C, WC, agus SiC bacáin ilghníomhacha. Mar shampla, cruthoir thríphléascach (B₄C/WC/SiC) a bhaint amach níos mó ná 99% de shiontróin agus 80% de gama laghdú ag teochtaí oibriúcháin suas go 1,600°C, soláthraíonn sé cosc iomlánach i gcóras amháin.
Déanann cruthú cearmaice cinntiú go fanann táirgí fissine cosúil le ceasiam-137 faoi stóireadh le linn tuarascálacha tincéala. Coinneann an acmhainn SiC i réimse TRISO 99.996% de na radionúiclídí ag 1,800°C, mar a dearbhaigh tástálacha IAEA sa bhliain 2023. Cuireann an stóras pasach seo in éadan dul chun cinn ar thiochtlú seachtrach nó ar iontráil dhaoine, ag feabhsú mór ar chumas fósadh an fhiosrudaí.
Oibríonn HTGRs ag teochtaí an-ard, go minic os cionn 1,600 céim Chelsiuis, áfach fanann na liathróidí ceirmeacha a úsáidtear ann slán mar gheall ar a ndearcadh speisialta TRISO. An rud a fhágann go bhfuil na hairgí seo chomh oiriúnach is an cabhsa carbide silicium a sheasann teochtaí thar 3,000 Fahrenheit gan phléascadh. Ciallaíonn sé seo go féadfaidh an fhuinneog féin-ghlacadh go nádúrtha fiú nuair nach bhfuil duine ar bith ag faire nó le linn teirbhluithe cumhachta. D'fhéachtais ó eagraíochtaí cosúil le hIAEA airgeadlach ar an buntáist shláinteachta atá leis seo, ag taispeáint conas féadfaidh na fuinneoga seo i ndáiríre maireachtáil tréimhsí fada gan leictreachas. Nuair a rith innealtóirí samhlacha ar scéanna is measa, aimsíonn siad rud iontach freisin: stopann breosla ceirmeacha sciorrú radaitheach 98 faoin gcéad níos fearr ná barraí breosla coitianta i dtíortha cosúla. Cuirfidh feidhm chomh maith sin síocháin intinn ar oibrigh na bhfoirgnimh agus ar a gcuid suíomh níos sláine i gcoinne tincéalaí.
Bíonn páiléid ocsaíd úraimithe traidisiúnta ag brath ar chluasach atá in ann phléascadh faoi stres, agus i ndiaidh sin cuireann liathróidí ceirmeacha an t-olóid istigh i roinnt scagairí chun é a chosaint ó dhamaid radaighníochta. Tugann turgnaimh in Oak Ridge National Laboratory tacaíocht don seo, ag taispeáint go bhfuil na dearbhacha nua-chumtha ag laghdú ar fhillteanna earcaí ó imshloicthe núicléacha suas le 90% i gcomparáid leis na modhanna seanda. Is eilemh iontach eile do theicneolaíocht na gceirmeachán mar a idirghníonn siad le huisce. Mar ní idirghníonn ceirmeachán go láidir le huisce, tá b’fhás faoi sheans ann go mbeidh níos lú hidrigin easpa ag géarú má théann rud amú i ngéarchéim i gcothúchán. Déanann sé seo iad níos sláine ná dearbhacha traidisiúnta cothúchán uisce éilte áit ar bhí cruinnithe hidrigine mar cheist mhór cheartaithe.
Tosaigh séidte déag náisiún, lena n-áirithe na Stáit Aontaithe, an tSín, agus an Fhrainc, forbairt a dhéanamh ar chórais bhreosla ceirmeacha le haghaidh an chéad cheann eile de theicneolaíocht athrú. De réir sonraí ón gCumann Núicléach Domhanda a foilsíodh anuradh seo caite, d’fhéadfadh reacaitéir atá fuaraithe ag ghás ardteochta a úsáideann liathróidí ceirmeacha cuntas a dhéanamh ar thart ar dhó dhéag faoin gcéad chlár núicléach ar fad go lán na 2030anna. Tosaigh tograí caighdeánaithe faoi láthair agus tá súil acu costais tháirgeadh TRISO a laghdú go leath thar na blianta beaga amach romhainn. Déanfaidh an laghdú ar na costais seo na breosla chasta seo níos rochtanaí le haghaidh forbartha i reacaitéir móideolaigh bheaga agus fiú i ndearcadh reacaitéir mheasa beaga a bhfuil go leor cuideachtaí ag turgnamh leo anois.
EN
