Эвтектика свинец-висмут - Википедия - Lead-bismuth eutectic

Для использования в других целях см. LBE (значения).

Свинцово-висмутовая эвтектика или же LBE это эвтектика сплав из вести (44,5%) и висмут (55,5%) использовались как охлаждающая жидкость в некоторых ядерные реакторы, и является предлагаемой охлаждающей жидкостью для реактор на быстрых нейтронах со свинцовым теплоносителем, часть Реактор IV поколения инициативу. температура плавления 123,5 ° C / 255,3 ° F (чистый свинец плавится при 327 ° C / 621 ° F, чистый висмут при 271 ° C / 520 ° F) и точка кипения 1670 ° C / 3038 ° F.

Все свинцово-висмутовые сплавы с содержанием висмута от 30% до 75% имеют температуру плавления ниже 200 ° C / 392 ° F. Сплавы с содержанием висмута от 48% до 63% имеют температуру плавления ниже 150 ° C / 302 ° F.[1]В то время как свинец слегка расширяется при плавлении, а висмут слегка сжимается при плавлении, LBE имеет незначительное изменение объема при плавлении.

История

Советский Подводные лодки класса Альфа использовали LBE в качестве теплоносителя для своих ядерных реакторов по всей Холодная война.[2]

Россияне являются признанными экспертами в области реакторов со свинцово-висмутовым теплоносителем. ОКБ Гидропресс (российские разработчики ВВЭР -тип Легководные реакторы ) имея особый опыт в их разработке. СВБР-75/100, современная конструкция этого типа, является одним из примеров обширного российского опыта использования этой технологии.[3]

Gen4 Energy (ранее Hyperion Power Generation ), американская фирма, связанная с Лос-Аламосская национальная лаборатория, объявил о планах в 2008 году разработать и развернуть нитрид урана заправлен малый модульный реактор охлаждается эвтектикой свинец-висмут для промышленного производства электроэнергии, районное отопление, и опреснение. Предлагаемый реактор, называемый модулем Gen4, планируется мощностью 70 МВт.th реактор герметичного модульного типа, собранный на заводе-изготовителе и доставленный на площадку для установки, а затем обратно на завод для дозаправки.[4]

Преимущества

По сравнению с жидкометаллическими охлаждающими жидкостями на основе натрия, такими как жидкий натрий или NaK, СОЖ на свинцовой основе имеют значительно более высокую точки кипения Это означает, что реактор может работать без риска кипения теплоносителя при гораздо более высоких температурах. Это улучшает тепловая эффективность и потенциально может позволить производство водорода через термохимические процессы.

Свинец и LBE также плохо реагируют с водой или воздухом, в отличие от натрий и NaK которые самовоспламеняются на воздухе и взрывоопасно реагируют с водой. Это означает, что реакторы со свинцовым или LBE-охлаждением, в отличие от конструкций с натриевым охлаждением, не нуждаются в промежуточном контуре теплоносителя, что снижает капиталовложение требуется для растения.

И свинец, и висмут также являются отличными радиационная защита, блокировка гамма-излучение при этом будучи практически прозрачным для нейтроны. Напротив, натрий образует мощный гамма-излучатель. натрий-24 (период полураспада 15 часов) после интенсивного нейтронное излучение, требующий большой радиационной защиты для первого контура охлаждения.

В качестве тяжелых ядер можно использовать свинец и висмут. раскол мишени для производства нейтронов неделения, как в Ускоритель трансмутации отходов (видеть усилитель энергии ).

Охлаждающие жидкости на основе свинца и натрия имеют преимущество относительно высоких температур кипения по сравнению с водой, что означает, что нет необходимости создавать давление в реакторе даже при высоких температурах. Это повышает безопасность, поскольку резко снижает вероятность аварии с потерей теплоносителя и позволяет пассивно безопасный конструкции.

Ограничения

Свинец и охлаждающая жидкость LBE больше разъедающий к стали чем натрий, и это устанавливает верхний предел скорости потока теплоносителя через реактор из соображений безопасности. Кроме того, более высокие температуры плавления свинца и LBE (327 ° C и 123,5 ° C соответственно) могут означать, что затвердевание теплоносителя может быть большей проблемой, когда реактор работает при более низких температурах.

Наконец, после нейтронное излучение висмут-209, основной стабильный изотоп висмута, присутствующий в теплоносителе LBE, подвергается захват нейтронов и последующие бета-распад, формируя полоний-210, мощный альфа-излучатель. Наличие радиоактивных полоний в охлаждающей жидкости потребуются особые меры предосторожности для контроля альфа-загрязнение во время перегрузки реактора и обращения с компонентами, контактирующими с LBE.[5]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ http://www.nea.fr/html/science/reports/2007/pdf/chapter2.pdf Справочник по эвтектическому сплаву свинец-висмут и свойствам свинца
  2. ^ Бугреев М.И. (2002). «Оценка отработавшего топлива атомных подводных лодок класса« Альфа »». MRS Proceedings. 713. Дои:10.1557 / PROC-713-JJ11.61.
  3. ^ Зродников, А. В .; Григорьев О.Г .; Читайкин, В. И .; Dedoul, A. V .; Громов, Б. Ф .; Тошинский, Г. И .; Драгунов, Ю. Г. (май 2003 г.). «Многоцелевой малый быстрый реактор СВБР-75/100, охлаждаемый свинцом-висмутом». Энергетические реакторы и подкритические бланкетные системы со свинцом и свинцом-висмутом в качестве теплоносителя и / или целевого материала (PDF). МАГАТЭ TECDOC. 1348. Вена, Австрия: Международное агентство по атомной энергии. С. 117–132. ISBN  92-0-101503-8. Получено 2009-12-04.
  4. ^ "Модуль Gen4, Безопасность и защита". Получено 25 июн 2012.
  5. ^ Долгоживущие радионуклиды натрия, свинца-висмута и свинцового теплоносителя в реакторах на быстрых нейтронах.

внешняя ссылка