Tairisíonn na tóga ceirmeacha a úsáidtear i bhfabraicí cumhachta núicléacha cosaint thábhachtach ar bhfuinneamh núicléach mar gheall ar a gcumas iontach fána foinn agus a seasamh a choinneáil fiú nuair a ardófar an teocht. Tógthar na toga seo as carbide zircainium le laghdú carbide silicin, ag cruthú ábhar a chlúdaíonn thart ar 98% den rud atá teoiriciúil amháin féadfaí a lódáil le deifníocht. Fágann an clúdach géar seo beagán beag sliteanna ar fhaidhm ar bith d'fhoinn a d’fhéadfadh éalú. Nuair a dhéantar ionsaí neodrón ar iad ag thémperatúr thart ar 1000 céim Celsius, méadaíonn iolargas na dtóg níos lú ná leath cheint, rud a bhfuil go mórfeillsiúil níos fearr ná concreit traidisiúnta a thendálann agus a phracálann le himeacht ama. Maidir le hoibreoirí fabhraice a bhfuil imní orthu faoi mhargaidh slándála a mhaireann deich blianta, déanann an cineál sin comhsheid struchtúrtha gach difríocht.
I gcomhthionóil uisce brúite (PWRs), bíonn trí rólacha bunúsacha ag toga ceirmeacha faoi stress oibre éagsúil:
Cuireann ábhar an mhatraí agus a chumas aghaidh a sheachaint ar struchtúr os cionn 200 MPa ag 1200°C seo féidir, teorainn atá thar chumas formhór sliosail íseal.
Cuimsíonn cearamaic a rátáiltear do chur chuige núicléacha isotóip borain-10 chun neodróna teasa a ionfhluchadh go héifeachtach, mar tá seasamh dháite agus thart ar 3837 mbairnéil acu. Cuimsíonn siad freisin gáisceanna tuinnstain a chuireann bac ar ghama-ghathanna trí an éifeacht fhotóileictreach nuair a bhíonn fuinneamh faoi 3 MeV. De réir taighde a foilsíodh anuradh seo caite, is féidir le ballaí a dhéantar as na cearamaicí seo a bhfuil thart ar 30 ciciméadar de thádhacú orthu neodróna tapa a laghdú go dtí beagnach 92 faoin gcéad. Tá sé sin níos fearr fiú ná ballaí comhionann a dhéantar le glass lead-borate, a oibríonn go háirithe le laghdú timpeall 78%. Mar fhocal ar bith, toisc go lánaíonn na tógaí seo an dá chineál gathaithe go chomh maith sin, tá siad ag éirí níos tábhachtaí do thógáil réitigh cosc gathaithe níos lú ach fós thar a bheith éifeachtach i ndearcadh réactóir nua atá ar tí teacht ar líne.
Tá modhanna nua sinterálaite agus innealtóireacht teorainneacha móilíní tar éis ceirmeacaí cáiliúla núicléach a chur thar an marc 600 MPa i dtástálacha neart taiscimh. Nuair a bhíonn sé ag dul le meascáin carbide shilicium zirconium diboride, léiríonn siad fósachas fracmhara atá thart ar 40 go 60 faoin gcéad níos fearr ná na hábhar alumina caighdeánacha a úsáidtear traidisiúnta. An rud a dhéanann na ceirmeacaí seo díthréidh ná a gcumas a bhfuil acu chun a bhformha a choimeád fiú nuair a bhíonn siad in iúl ionfhabhtú neodrónach atá suas go 15 aistriú ar aon adamh. Tá an cineál stábailtaithe seo ríthábhachtach do chuidlínte réactóra a theastaíonn uathu fanacht trína chuid deich blianta fothraithe fána isea galaithe taobh istigh i bhfoirgnimh cumhachta atá tógtha chun feidhmniú thar daichead bliain d'aiseolas.
Is féidir leis na hairgáin a dtugtar ceirmeacha teochta an-ard (UHTCs) orthu maireachtáil i gcoinníollacha reacrach ina bhfuil níos mó ná 2000 céim Celsius mar a chruthaíonn siad scamaill ocsaíd chosanta ar a dromchlaí, tá rátaí leathnaithe teasa an-íseal acu thart ar 4.5 uair 10 ar lú 6 in aghaidh an Kelvin, agus coimeádann siad comhdhlúthacht struchtúrtha fiú nuair a bhíonn míbhunanna i mcrístail lattice. Maidir le carbide hafnaigh go sonrach, léiríonn na hairgáin seo athrú toirmeisc 2 faoin gcéad tar éis dul tríd 500 chuimle theas agus fuaróid ó 300 go 1800 céim Celsius. Déanann sé seo iad a bheith thart ar ocht uair níos mó faightí ná grafaite traidisiúnta nuair a dhéantar iad a thástáil faoi choinníollacha aoisithe tapa i suíomh taigh thíos.
Déanann an tábla thíos comparáid ar fheidhmneacht cosc neodrón os cionn ábhair cheirmeacha coitianta:
| Materach | Míneamh Neodrón (raon MeV) | Bacáil Gathanna Gamma | Tréimhse oibríochta |
|---|---|---|---|
| Carbide Borain | 0.025–14 (tearmach-tapach) | Measartha | 15–20 bliain |
| Diboride Hafnaigh | 0.1–10 (eapitéirmeach-tapach) | Ard | 25+ Bliain |
| Tungsten carbide | 1–14 (neodróna tapa) | Iomlán | 12–15 bliain |
Ligeann forbairtí le déanaí i dteicneolaíocht mhonaraithe breiseach do struchtúir scíthreacha ar dlúthra a chuireann ionann strengths na gceantair seo agus laghdaíonn meáchan na gcomhbhunúsán go 22–35% i gcomparáid le dearadh amháin. Déanann an nuálaíocht seo freagra dhíreach ar dhúshláin fadhbanna fairsinge a breathnófar ar phrotatíopaí inréachtóirí Gheneráil III+, ag cinntiú sláinteacht agus feidhmíocht faide.
Tástálacha arna gcur ar 18 aonad fholamh uisce leáite taispeánann go mbíonn foinse breacáin núicléacha speisialta seo in ann faoi 98% dá neart bunaidh a chaomhnú fiú tar éis cúig bhliana d'fháirthint nimheachta neodrónach láidir. Nuair a chuirtear i ngnóthach an teochta is mó, thart ar 650 céim Chelsius, bíonn siad in ann 12,000 uair a sheasamh gan crichíní bheaga a fhorbairt, rud a shéideann 15% níos fearr ná mar a mheastar glactha ag an nGníomhaireacht Núicléach Idirnáisiúnta do fhéithneas long-tréimhse. Tugann an bealach a ndéantar na breacáin seo a dhéanamh orthu thart ar 40% níos mó cosc ar damáiste ón radaíocht i gcomparáid le malairtí coscghlana atá á n-úsáid faoi láthair i bhfábricí cumhachta. Deimhníodh é seo trí réimsí leathan turgnaimh a bhaineann le héifeachtúlacht mhiontuairiscithe ar mhaithe le teas a aimsiú i gcineálacha nua ardán núicléach atá á fhorbhairt sa lá atá inniu ann.
Tá fábricí núicléacha inniu ag tosú le úsáid a bhaint as airghricéirí criamach a mheascann ábhair cosúil le boron carbide a abhsorbaíonn neodrónacha. Laghdaíonn na hairgíola nua seo an tréithiú gama a fhilleadh go dtí thart ar 62 faoin gcéad i gcomparáid le roghanna níos sine, agus ag an am céanna coimeádán siad a n-ábhar struchtúrtha fleacsanach. Nuair a féachtar ar sonraí ón saol fíor ó rialtais uisce brúite in Eoraip, léiríonn sé rud suimiúil freisin. Go de facto, níl ach thart ar trí cheathrú níos lú cúram ann do chosaint criamach i gcomparáid le bacáin chongcreatála gnácha nuair a féachtar ar thréimhse deich mbliana. Tá taighdeoirí faoi láthair ag obair ar fheabhsú níos mó ar na hairgíola seo trí dhearthóirí éagsúla densacht. Cabhraíonn sé seo leo seasamh níos fearr i gcoinne buille theirm, rud atá an-tábhachtach do dhearthóirí nua-aimseartha rialtaí a bhfuil athruithe tobann teasa acu le linn oibriúcháin.
Bainfidh mhórchlocha núicléacha nua-aimseartha leas as toscaintí i bhfáis na eolaíochta ábhair agus teicneolaíocht tháirgeála. Cuirtear sreagadh traidisiúnta fós mar bhonn, ach cuireann déantús breiseán (AM) comhthéacsanna casta ar fáil a raibh impossible roimhe seo. Taispeánann staidéar 2024 go mbíonn ceirmeacaí déanta le AM ag 98.5% de dhlús le forbairt in aghaidh gathaithe, ag laghdú ar dhioscairt neodróna faoi 18% i gcomparáid le comhionannai casta.
Fanacht an tsíntéireacht faoi bhrú gáis ar mhodh éigeandála chun na bricí iontacha tiomáin zircainiam a dhéanamh atá de dhíth i ngníomhaíochtaí ard-phéirfeáis. Ach tá fabraíocht churtha ag athrú rudaí inniu. Oscailtear dorchlaí le cruthú comhbhearta cosanta casta a bhfuil feidhm ann, rud a n-éileann teicnící cosúil le 'binder jetting' agus stereolithography nach bhféadfadh modhanna traidisiúnta a láimhseáil. Tá na huimhreacha go han-mhaith freisin. Táimid ag labhairt faoi laghdú ar churacláidí ábhair i réimse idir 30 go 40 faoin gcéad, rud mór le rá nuair a bhíonn tú ag dealú le hábhair daor. Agus an cruinneas toise; timpeall 50 micreiméadar de réir staidéar a foilsíodh le déanaí sa Journal of Materials Research. Tugann sé tuiscinte ar cén fáth a bhfuil thart ar thóir mhórchórais ag tús a chur le tabhairt faoi thuairim ar na cur chuige nua seo.
Fiú fiú cé go bhfuil dul chun cinn againn, bíonn bacáin ar fáthú níos leithne:
Taispeántar feabhsú 22% i mionathú gama aigéin ag 2 MeV i gcomhdhéanaimh nan-almuinim-saicride sióicair in éineacht le ceirmeacha amhain. Méadaíonn cuir isteach 3 wt% nanotuíbig nitríd bhóirin an trasmhéid thógála néatrónaí le 40% gan dul i ngníos ar thionscailte teasa, a fhágann go bhfuil sé os cionn 25 W/mK—agus dá bhrí sin iarratais réifeasacha atá orthu do chomhpháirteanna scóraithe ilghnéitheacha.
Baineann comhdhéanaimh polamara-ceirmeacha, cosúil le comhdhéanaimh eipócói-carbaid sióicair bhóirin, 80% den éifeachtúlacht scóráin le lead ag 30% níos lú i mbéim. Áfach, is é a theorainn thearmach 250°C a chuireann bac ar a n-úsáid i gcórais cabhracha seachas croíthe reactóra, áit a bhfuil neart teasa ardaithe riachtanach.
Caithfidh comhdhálanna criamach a úsáidtear i bhfeidhmchláir núicléacha riachtanais slándála idirnáisiúnta áirithe a chur in iúl. De réir na dtreoracha SSG-37 ón nGníomhaireacht Idirnáisiúnta um Fuinneamh Núicléach, ba chóir go mbeadh ábhair chosanta in ann doíocht fhuinnimh os cionn 100 milliún Gray a sheasamh sula mbeadh aon chomhartha ar mhaiseán struchtúrtha orthu. Cabhraíonn feidhmiú caighdeáin ASME BPVC-III agus sonraíochtaí ISO 17872:2020 le dearmad a dhéanamh go mbeidh na hábhair seo in ann neodrónacha a ionfhluchadh go héifeachtach ar a laghad 85 faoin gcéad i gcomhthuasaitheoirí uisce brúite. Tugadh cothrom le dáta le déanaí ar mholtaí teicniúla shaineolaithe an tionscail chun monatóireacht leanúnach a chur san áireamh ar crichíní bheaga i gcomhdhálanna criamacha i bplandanna Gheneráide III+ nua. Tá sé soiléir go mbraithann an cur chuige spreagúil seo ar lagú timpeall 40 go 45 faoin gcéad ar theaglaim is féidir a tharlaíonn i gcomparáid leis na córais cosanta atá fós i bhfeidhm inniu.
Comhlánaíonn plandálacha núicléacha nua-aimseartha leithris phóircealáin le concread casta a bhfuil maignéad (Fe3O4) nó ábhair shirpeníní ann chun bacáin radaíochta i nlúibiní a thógáil. Oibríonn an chomhábhar níos fearr ná leithris phóircealáin amháin a úsáid, ag laghdú ar ghama-bhioráin go dtí réimse 22%. Tá ceann amháin fadhb ann ach - leathsaíonn póircealáin agus concread go néalta éagsúla nuair a théann teocht suas. Méadaíonn póircealáin timpeall 5.8 micre-mhéadar in aghaidh an mhéadair in aghaidh céim Celsius, agus méadaíonn concread fiú níos mó. Mar sin féin cuirtear scamaill zircónia ardánacha speisialta idir iad. Cabhraíonn na scamaill sheachtracha seo le staid umphobail an struchtúir a choimeád fiú nuair a bhíonn teochtaí ag teacht go dtí 650 céim Celsius le linn oibriú gnáth.
EN
