Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Atomreaktorok anyagai Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév Dr. Trampus Péter egyetemi tanár 06 20 9855970 ATOMREAKTOROK.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "Atomreaktorok anyagai Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév Dr. Trampus Péter egyetemi tanár 06 20 9855970 ATOMREAKTOROK."— Előadás másolata:

1 Atomreaktorok anyagai Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév Dr. Trampus Péter egyetemi tanár ATOMREAKTOROK ANYAGAI

2 Atomreaktorok anyagai Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév A tárgy követelmény rendszere 2 előadás 1 zárthelyi dolgozat ( ) kollokvium 3 kredit

3 Atomreaktorok anyagai Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév A tárgy célkitűzése Bemutatni az atomreaktorokban alkalmazott anyagokat és tulajdonságaikat, a reaktor-specifikus károsodási mechanizmusokat (különös tekintettel a sugárkárosodásra), és ezek vizsgálatának módszereit, az atomerőművek élettartam gazdálkodásának elveit

4 Atomreaktorok anyagai Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév A tárgy vázlata Reaktortechnikai alapfogalmak Reaktorok jellemző terhelése és igénybevétele Anyagokkal szemben támasztott követelmények Fémtani alapismeretek (ismétlés) Sugárzás és anyag kölcsönhatása (sugárkárosodás) Reaktortartály sugárkárosodás felügyeleti program Reaktortartály szerkezeti integritásának elemzése (törésmechanikai alapok) Karbantartás, ellenőrzés, felülvizsgálat, próba, minőségbiztosítás Élettartam gazdálkodás, üzemidő hosszabbítás

5 Atomreaktorok anyagai Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév Anyagok Fűtőelemek, üzemanyagok, burkolatanyagok, Moderátor anyagok, Reaktivitás kompenzálás és szabályozás anyagai Hűtőközeg anyagai Szerkezeti anyagokSzerkezeti anyagok (acélok, nikkel ötvözetek, alumínium ötvözetek) –Ferrites-perlites szerkezetű acélok (reaktortartály anyaga) –Ausztenites szerkezetű acélok

6 Atomreaktorok anyagai Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév Ajánlott irodalom Csom: Atomerőművek üzemtana, I. kötet, Műegyetemi Kiadó, 1997 Geraszimov – Monahov: A nukleáris technika anyagai, Műszaki Könyvkiadó, 1981 Ginsztler – Hidasi - Dévényi: Alkalmazott anyagtudomány, Műegyetemi Kiadó, 2000 Prohászka: A fémek és ötvözetek mechanikai tulajdonságai, Műegyetemi Kiadó, 2001

7 Atomreaktorok anyagai Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév

8 Atomreaktorok anyagai Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév

9 Atomreaktorok anyagai Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév

10 Atomreaktorok anyagai Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév

11 Atomreaktorok anyagai Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév LITHUANIA, REPUBLIC OF261.7 MEXICO282.7 NETHERLANDS284.6 PAKISTAN243.3 ROMANIA288 RUSSIAN FEDERATION SLOVAK REPUBLIC776.9 SLOVENIA183.5 SOUTH AFRICA270.5 SPAIN1084 SWEDEN1380 SWITZERLAND586.5 UKRAINE UNITED KINGDOM UNITED STATES OF AMERICA World Wide ARGENTINA ARMENIA BELGIUM BRAZIL BULGARIA CANADA CHINA CZECH REPUBLIC6 80 FINLAND4 91 FRANCE GERMANY HUNGARY INDIA ITALY JAPAN Lifetime Energy Availability Factor KOREA, REPUBLIC OF2087

12 Atomreaktorok anyagai Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév Fogalmak (1) Atomreaktor: műszaki létesítmény, amelyben a maghasadáson alapuló önfenntartó láncreakció szabályozott formában, külső neutronforrás nélkül megvalósítható Atomerőmű: egy vagy több atomreaktor segítségével villamos energiát (ritkábban hőt) termelő üzem Maghasadás:Maghasadás: nehéz atommag szétválása két közel azonos tömegű részre; neutron- és gammasugárzással jár; előidézője az atommagba behatoló neutron Láncreakció:Láncreakció: reakciósorozat, amelyben az egymást követő reakciók egymáshoz kapcsolódnak, a sorban következő reakciók feltételét a megelőző reakciók teremtik meg

13 Atomreaktorok anyagai Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév Fogalmak (2) Sokszorozási tényező (k):Sokszorozási tényező (k): az a szám, amely megmutatja, hogy egy adott pillanatban lezajló hasadásból származó neutronok a következő generációban hányszor több (kevesebb) hasadást hoznak létre k = 1kritikus állapot k < 1szubkritikus állapot k > 1szuperkritikus állapot Önfenntartó láncreakció feltétele: k ≥ 1 Neutron fluxus (Φ):Neutron fluxus (Φ): egységnyi idő alatt egységnyi felületen átáramló neutronok száma (n/m 2 s) Neutron fluencia (F):Neutron fluencia (F): a neutron fluxus időintegrálja az adott időintervallumra (n/m 2 )

14 Atomreaktorok anyagai Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév Atomerőművek (1) Reaktor típusa szerint: Könyűvizes reaktor (Light Water Reactor, LWR) –Nyomottvizes (Pressurized WR, PWR; VVER) –Elgőzölögtető (Boiling WR, BWR) –Jelenleg üzemelők több mint 80%-a Nehézvizes reaktor (Pressurized Heavy WR, PHWR) Grafitmoderátoros reaktor –Gáz (CO 2, He) hűtésű (Gas-Cooled Graphit-Moderated Reactor, GGR; Advanced GR, AGR; High-Temperatur GR, HTGR) –Könnyűvizes elgőzölögtető (LWGR = RBMK) Gyorsreaktor (Fast Breeder Reactor, FBR)

15 Atomreaktorok anyagai Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév Atomerőművek (2) Technológiai fejlesztés foka szerint: Első generációs atomerőművek ( ) Második generációs atomerőművek (jelenleg üzemelők ~90 %-a) Harmadik generációs atomerőművek (evolúciós típusok) Negyedik generációs atomerőművek (innovatív típusok) – a jövő atomerőművei

16 Atomreaktorok anyagai Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév I. generáció II. generáció III. generáció IV. generáció Technológiai fejlesztés fokozatai Technológiai fejlesztés fokozatai Korai prototípusok : Shippingport Dresden Fermi I Magnox Kereskedelmi típusok: PWR / BWR PHWR AGR VVER / RBMK Evolúciós típusok: ABWR AP 600 System 80+ EPR Innovatív típusok: gázhűtésű gyors folyékony-fém hűtésű gyors sóolvadék hűtésű szuperkritikus vízhűtésű igen nagyhőmérsékletű VVER-440/V-179 VVER-440/V-230 Korai RBMK

17 Atomreaktorok anyagai Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév Jövő atomerőműveivel szemben támasztott követelmények A villamos energia árának versenyképesnek kell lennie más energiahordozókkal szemben Alacsony pénzügyi kockázat (építési költségek: 1000 USD/kW, építési idő év) A biztonságot a közvélemény előtt is bizonyítani kell tudni A radioaktív hulladék mennyiségét jelentősen csökkenteni kell A teljes fűtőelem ciklusnak érzéketlennek kell lennie katonai célú felhasználásra

18 Atomreaktorok anyagai Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév PWR / VVER kapcsolás T ~ ˚C p ~ 120 – 160 bar T ~ 230 – 280 ˚C p ~ 40 – 70 bar acélok (ferrites, ausztenites) Zr-ötvözetek acélok (ferrites) Ti (kondenzátor)

19 Atomreaktorok anyagai Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félévPaks

20 Atomreaktorok anyagai Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév Főberendezések reaktor gőzfejlesztő főkeringtető szivattyú főelzáró tolózár térfogat- kiegyenlítő főkeringtető vezeték

21 Atomreaktorok anyagai Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév Jellemző PWR / VVER terhelési viszonyok Nukleáris folyamat (hasadás): –Hőfejlődés üzemanyag pálca középpontjában: ~ 1800 ˚ C hűtőközegé (reaktortartály fala): ~ 300 ˚ C –Sugárzás: EOL fluencia = – 2,6·10 24 n/m 2 (E > 0,5/1 MeV) Belső nyomás (elgőzölgés megakadályozása) Hűtőközeggel való érintkezés Állandósult üzem Ciklikusság –Tervezett leállások –Rezgések –Hőmérséklet fluktuáció Fémek érintkezése

22 Atomreaktorok anyagai Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév Igénybevétel – károsodás (öregedés) Belső nyomás → alakváltozás / feszültség Hűtőközeg → erózió, eróziós korrózió (Flaw Accelerated Corrosion, FAC), korrózió Meleg és sugárzás → termikus öregedés, sugárkárosodás Ciklikusság → fáradás (kis- és nagyciklusú, Low- Cycle Fatigue, LCF; High-CF, HCF) Tartós üzem → tartósfolyás (kúszás) – nem jellemző Fémek érintkezése → kopás, korrózió

23 Atomreaktorok anyagai Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév Károsodási folyamatok következményei Termikus öregedés → szívósság csökkenés → instabil repedés terjedés, törés Sugárkárosodás → szívós-rideg átmeneti hőmérséklet (Ductile-Brittle Transition Temperature, DBTT) növekedés, szívósság csökkenés → instabil repedés terjedés, törés Erózió, eróziós korrózió → anyagfogyás → falvastagság csökkenés, felszakadás Fáradás → fáradásos repedés keletkezése és terjedése → teherhordó keresztmetszet csökkenése, törés vagy felszakadás Korrózió → anyagfogyás, korróziós repedés keletkezése és terjedése → falvastagság csökkenés, felszakadás vagy törés Kopás → anyagfogyás → falvastagság csökkenés, felszakadás vagy törés

24 Atomreaktorok anyagai Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév Lehetséges károsodások és szinergiáik ● ● ● ● ● ● ● ● FESZÜLTSÉG SUGÁRZÁS ANYAGHŰTŐKÖZEG korrózió feszültségkorrózió (SCC) törés, kúszás, relaxáció sugárzásos kúszás, sugárzásos relaxáció „sugárkárosodás” sugárzásos feszültségkorrózió (IASCC) radiolízis sugárzásos korrózió ÜZEMI HŐMÉRSÉKLET

25 Atomreaktorok anyagai Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév Anyagokkal szemben támasztott követelmények (1) Gyárthatósági (technológiai) követelmények: Jó feldolgozhatóság –önthetőség, –hegeszthetőség, –kovácsolhatóság, –forgácsolhatóság Kis repedésképződési hajlam –hegesztés –hőkezelés Átnemesíthetőség (mechanika tulajdonságok homogenitása) Vizsgálhatóság –szemcseméret, struktúra zavaró hatása (pl. ausztenites szerkezet)

26 Atomreaktorok anyagai Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév 1300 MW (KWU) VVER-1000

27 Atomreaktorok anyagai Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév Reaktortartály (a) hajlított lemezekből, (b) kovácsolt övekből

28 Atomreaktorok anyagai Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév Anyagokkal szemben támasztott követelmények (2) Üzemeltetési, karbantartási követelmények: szilárdság, szívósság üzemi hőmérsékleten alacsony sugárkárosodási hajlam (reaktor) alacsony elridegedési hajlam korrózióállóság kifáradással szembeni ellenállás hosszú felezési idejű izotópokat képező elemek alacsony hányada jó vizsgálhatóság (roncsolásmentes) jó hegeszthetőség (javítás) speciális követelmények (pl. kis neutronbefogási hatáskeresztmetszet, hőtágulási / hővezetési tényező)

29 Atomreaktorok anyagai Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév Összefoglalás (anyagtudományi kitekintés) „Hagyományos” (szerkezeti) anyagok alkalmazása –Acélok –Ni-, Zr-, Al-alapú ötvözetek –Fejlesztésük evolúciós alapon történt (gyártástechnológia javítása, üzemelési paraméterek módosítása, karbantartás optimalizálása) –Jövő atomerőműveire is jellemző (fúziósra nem!) Konzervatív technológia


Letölteni ppt "Atomreaktorok anyagai Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév Dr. Trampus Péter egyetemi tanár 06 20 9855970 ATOMREAKTOROK."

Hasonló előadás


Google Hirdetések