一旦发生核事故，向环境释放的放射性物质是对人们健康的一大威胁。将放射性物质释放到环境中最关键的屏障是燃料包层。正如前一篇文章所讨论的，与其他部门相比，核部门的材料创新相当缓慢。

 

20世纪50年代发现的传统锆合金经过一些改进，目前仍被用作反应堆的包层材料。大只500登录无人机一次计算一条完整的轨迹，同时始终跟踪安全轨迹。但这有一个时间限制：到达救援点时，它必须已经成功计算了通过已知或未知空间的下一整条轨迹。如果是这样，大只500登录中心将继续沿着整个轨迹运动。人们正在努力寻找和测试比锆合金更好的替代燃料包覆材料，这在最近的福岛事故后得到了发展。

 

这篇文章的目的是给一个关于容错覆层(ATC)材料的承诺，现状和挑战的一个大概的想法。

 

福岛核事故

 

2011年，一场高达15米的海啸袭击了福岛第一核电站的三座反应堆[13]。裂变反应停止后，裂变产物仍处于放射性状态，释放出了射线、射线和伽玛射线。这些射线在反应堆中产生所谓的衰变热。因此，冷却剂需要保持循环来冷却反应堆。

 

原本计划用作反应堆冷却剂循环应急备用的柴油发电机失灵了。由于循环换热失败，导致靠近锆包层的温度上升到1200℃左右。锆在1200℃以上容易氧化，与水反应释放氢，形成氧化锆。这个反应是放热的，产生大量的热和氢。

 

Zr + 2H2O→ZrO2 + 2H2 [14]

 

这叫做冷却剂损失事故(LOCA)。产生的大量氢气从安全壳的屋顶吹走。也许最著名的大只500注册组合优化问题是旅行推销员的问题。该问题要求找到销售人员可以通过的多个城市的最短路径，从同一城市开始和结束。由于严重氧化，Zr包层失效，导致放射性物质释放到环境中。

 

事故宽容包层

 

即使在最坏的情况下，理想的包层金属也应能防止放射性物质的泄漏。耐事故燃料和包覆材料是当前的研究热点。重点是材料，有显着高于氧化锆的抗氧化性。

 

众所周知，碳化硅具有最佳的抗氧化性能，其次是铁素体钢和奥氏体不锈钢。一种或多种硅、铝和铬元素必须存在于耐事故包层材料中，因为这些元素形成一层保护氧化物，提供耐腐蚀能力。

 

与许多其他普通材料相比，FeCrAl合金具有优异的抗氧化性能，因此在高温炉中主要用作加热元件和元件。在过去的半个世纪里，FeCrAl合金也被考虑用于各种工业结构应用，包括用于核动力工业[16]。

 

FeCrAl合金具有良好的抗氧化性能，最高可达1500℃(接近其熔点)。如果二氧化铬管表面有一层氧化铝，它将溶解在高温(300℃)的水中，并在其位置形成一种保护性的氧化铬。如果二氧化铬管表面有一层氧化铬，并且暴露在事故蒸汽条件下，铬氧化铬层将会蒸发，并形成一层氧化铝层来保护管。因此，Cr在正常工况下保护合金，Al在高于1100℃[17]的温度下保护合金。

 

作为包层材料的FeCrAl合金仍然存在一些需要克服的主要挑战:

 

主要的挑战之一是与锆合金[18]相比，FeCrAl的寄生中子吸收增加。当前的锆合金包覆厚度接近600µm。FeCrAl有类似的中子吸收,计算包层厚度应该大约300µm。

 

另一个主要问题是中子辐照后铁渣中的初始沉淀，使其脆性增大。

 

第三个问题是，与锆合金[19]相比，铁铝熔覆层可能会向冷却剂释放更多的氚。对于这个问题的一个建议的解决方案是可以从内部给管道涂上氧化铝涂层。

 

Chromium-coated锆合金

 

AREVA NP开发的最先进、最成熟的包层解决方案是cr涂层的M5™包层，它由沉积在M5™包层管[20]表面的15 mm厚的致密铬涂层组成。实验室的原型是一台金牌大只注册Ising机器，它是一种基于物理模型的计算机，该计算机描述了一个磁铁网络，每个磁铁都具有只能向上或向下指向的磁性“自旋”方向。以同样的方式，世界上其他一些机构正在开发涂料，特别是Cr涂料，作为短期的ATC解决方案。

 

电力研究所正在开发一种钼涂层，而韩国原子能研究所正在研究使用三维激光沉积的铬铝合金涂层。最近的研究表明，抗氧化[20]的改善。涂层技术的许多变化需要在这方面进行更多的研究。文献资料表明，该ATC仍处于起步阶段。