Файл: Герасимов В.В. Материалы ядерной техники учеб. пособие.pdf

Р — вы ход теплоносителя.

с тысячами труб малого диаметра и значительными размерами корпуса (диаметром до 4 м и длиной до 15 лг).

Элементы оборудования второго контура выбираются такими же, как и на электростанциях на органическом топливе. Паро­ проводы от парогенератора до турбины, трубопроводы конден­ сатного тракта от конденсатора до деаэратора и питательного тракта от деаэратора до парогенератора выполняют из перлит­ ных сталей. Поверхности нагрева конденсатора и регенеративных подогревателей низкого давления (на конденсатном тракте) вы­ полняют из материалов с повышенной коррозионной стойко­ стью— латуни, стали типа 18/8, мельхиора, никелевых сплавов, так как они работают в наиболее коррозионноагрессивной среде. Поверхности нагрева подогревателей высокого давления (на пи­ тательном тракте) выполняют из углеродистой стали.

Особенностью ядерных энергетических установок является наличие радиоактивности. Для защиты от нейтронного излуче­ ния используют материалы, хорошо замедляющие и поглоща­ ющие нейтроны. Для защиты от у-излучения используют мате­ риалы, содержащие тяжелые элементы. Таким образом, для за­ щиты от излучений используют легкую воду, бетоны с различ­ ными добавками (тяжелый бетон, колеманит, портландцемент, бариевый цемент и другие), а также металлы (Pb, Fe и др.). В табл. 1.2 приведены конструкционные материалы, используе­ мые в атомной технике, и области их применения.

Глава 2

ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К РЕАКТОРНЫМ МАТЕРИАЛАМ

♣ 2. 1

Общие требования

Современные атомные энергетические установки представля­ ют собой сложные инженерные сооружения. Материалы,. ис­ пользуемые в них, работают в крайне тяжелых условиях. Атом­ ная энергетика может широко внедряться в народное хозяйство лишь в том случае, если стоимость электроэнергии, вырабаты­ ваемой на атомных станциях, будет соизмерима или ниже, чем на электростанциях, работающих на органическом топливе. Со­ временные тепловые станции эксплуатируются при закритических параметрах. Растут параметры и атомных станций.

Ядерный перегрев пара, впервые осуществленный в нашей стране на Белоярской атомной электростанции им. И. В. Кур­ чатова, потребовал создания материалов, работоспособных при температуре 510° С в активной зоне реактора. В настоящее вре­ мя существует проблема создания атомных электростанций закрптнческих параметров. При высокой температуре эксплуати­ руют материалы в реакторах на быстрых нейтронах и в газо охлаждаемых реакторах. Применение ядерных двигателей в космической технике потребует материалов, работоспособных при температуре до 3000°.

Создание новых атомных энергетических установок, отвечаю­ щих современным требованиям по производительности, эконо- мичности, надежности, непрерывно предъявляет все новые по­ вышенные требования к реакторным материалам.

Применяемые материалы должны обеспечить конструктив­ ную прочность атомных установок, т. е. быть прочными, пла­ стичными, в ряде случаев способными работать в условиях вы­ соких динамических нагрузок. Материалы должны быть техно­ логичными, легко подвергаться обработке давлением, резанием, хорошо свариваться. Следует заметить, что механические харак­ теристики материалов не должны изменяться в процессе дли­ тельной эксплуатации при высокой температуре и в условиях изменения механических напряжений, действующих на мате­ риал, по величине и знаку. Эти материалы часто эксплуатируют в условиях вибрации,- Исходя из этого материалы не должны разрушаться вследствие усталости, в том числе и малоцикловой, и должны обладать высокой циклической прочностью.

первую очередь твэлы, каналы, должны сохранять свою форму. Материалы активной зоны подвергаются интенсивному облуче­ нию, которое может существенно повлиять на их свойства. Под действием облучения материалы охрупчиваются, изменяют фор­ му. Поэтому необходимо, чтобы реакторные материалы обла­ дали высокой радиационной стойкостью.

В процессе эксплуатации реакторные материалы соприкаса­ ются с теплоносителем и могут разрушаться вследствие проте­ кания коррозионных процессов, эрозии, кавитации. Выделяю­ щийся в процессе коррозии водород может растворяться в ма­ териале н вызывать его охрупчивание. Отсюда вытекает еще одно требование — высокая коррозионная стойкость.

Материал оболочки твэлов находится в еще более жестких условиях, он в процессе эксплуатации при высокой температуре в течение долгого времени находится в контакте с ядерным го­ рючим. Взаимодействие между ними может привести к разруше­ нию оболочки твэлов. Возникает еще одно требование — совме­ стимость.

Ядерная энергетика предъявляет особые требования к физи­ ческим свойствам материалов. Ядерное горючее долоіено обеспе­ чивать высокое тепловыделение и выгорание, а также быть ра­ диационностойким.

В реакторах на тепловых нейтронах конструкционные мате­ риалы должны иметь малое сечение захвата тепловых нейтро­ нов. В противном случае ухудшаются экономические показате­ ли атомной электростанции. Значительное поглощение нейтро­ нов, необходимых для поддержания реакции деления в ядерном горючем, может нарушить баланс нейтронов и в отдельных случаях прекратить ядерную реакцию. Указанные обстоятель­ ства выдвигают требования к чистоте материалов активной зо­ ны. Содержание в них примесей с высоким сечением захвата должно быть минимальным.

Материалы замедлителя и отражателя должны, кроме того, эффективно замедлять быстрые нейтроны. В системах управле­ ния и защиты реактора применяют материалы с большим сече­ нием захвата нейтронов. Желательно, чтобы реакторные ма­ териалы мало активировались в нейтронном потоке. Особенно это относится к материалам активной зоны. Радиоактивные изотопы продуктов коррозии откладываются в контуре реактора и существенно затрудняют его обслуживание. Особенно непри­ ятно в этом смысле присутствие кобальта в аустенитных нержа­ веющих сталях. Кобальт в незначительных количествах содер­ жится в никеле, которым легируют сталь.

Существенно важной характеристикой реакторных материа­ лов является коэффициент термического расширения. Стремят­