مواد مورد نیاز در راکتورهای هستهای
خواص فیزیکی مواد ، اهمیت ویژهای در کاربرد آنها در راکتورهای هستهای دارد. خواصی چون استحکام ، سختی ، قابلیت کششی ، نقطه ذوب ، نقطه جوش ، چگالی و رسانندگی گرمایی همه مواردی هستند که در انتخاب ماده برای اجزای مختلف راکتور ، دارای اهمیت میباشد.
متداول ترین ماده سوخت برای راکتورهای هستهای اورانیوم است، که میتواند به صورت خالص ، یعنی اورانیوم فلزی و یا به صورت ترکیب مثل اکسید اورانیوم و یا کربور اورانیوم بکار برود. اورانیوم ، فلز نسبتا نرم و قابل کششی است که در دمای بالا به آسانی در هوا و آب اکسید میشود. نقطه ذوب آن 1133 درجه سانتیگراد است.
چون فلز پلوتونیوم تا رسیدن به نقطه ذوب 640 درجه سانتیگراد دارای تعداد زیادی فاز بلوری است، سوخت مناسبی برای راکتور نمیباشد. به عنوان سوخت راکتور ، پلوتونیوم را به صورت ، PUO2 بکار میبرند. نقطه ذوب این ترکیب 2400 درجه سانتیگراد است.
به جز در چند راکتور با خنک کننده گازی دما - بالا ، توریوم تاکنون به عنوان سوخت راکتور کاربرد زیادی نداشته است. نقطه ذوب فلزات توریوم خالص حدود 1700 درجه سانتیگراد است. به علت پایداری بهتر ، این عنصر برتر از اورانیوم است. اما ما به صورت خالص به عنوان سوخت بکار نمیرود. بلکه ان را به صورت دی اکسید توریوم ThO2 کربوتریوم ThC2 بکار میبرند.
ویژگیهای لازم برای کند کنندههای راکتورهای حرارتی ، یعنی عدد جرمی پایین ، سطح مقطع جذب نوترون خیلی پایین ، سطح مقطع پراکندگی بالا و گزینش را به چند ماده محدود میکنند. هیدروژن و دوتریوم ، کربن و برلیوم تنها عناصری هستند که برای کند کنندگی مناسباند. هیدروژن و دوتریم ، به علت گاز بودن ، به اندازه کافی چگال نیستند و باید به صورت ترکیب بکار روند. بنابراین انتخاب کند کننده برای راکتورهای حرارتی به سه ماده زیر محدود میشود.
هلیوم گازی است بی اثر ، دارای خواص ترمودینامیکی خوب و خطر تابش هم ایجاد نمیکند. بنابراین ظاهرا میتوان آن را به عنوان خنک کننده ایده آل راکتورهای گازی تلقی کرد. اما متاسفانه به سادگی مقدار زیاد آن قابل دسترسی نیست. در حال حاضر کاربرد این گاز به عنوان خنک کننده راکتور محدود به چند راکتور دما – بالای گازی در آمریکا و آلمان است.
فلزات مایع ، به دلیل خواص ترمودینامیکی خوبشان ، به خصوص رسانندگی گرمایی بالای آنها ، خنک کنندههای با لقوه خیلی خوبی برای راکتورها هستند. سدیم ، لیتیم ، جیوه و آلیاژهای سدیم – پتاسیم همه مناسباند. ولی از میان آنها سدیم به مقدار قابل ملاحظهای ، منحصرا در راکتورهای سریع زاینده مورد استفاده قرار گرفته است.
موادی که برای راکتور مورد استفاده قرار میگیرند باید دارای سطح مقطع جذب بالایی باشند.
بور متداول ترین ماده کنترل است. از بور به تنهایی نمیتوان استفاده کرد. اما میتوان آن را با فولاد در آمیخت یا به صورت کربور محبوس در کپسولهای فولادی مورد استفاده قرار داد.
ایندیوم و کادمیوم هر دو سطح مقطع جذب بالایی دارند. اما نقطه ذوب آنها پایین تر از آن است که بتوان از آنها در راکتورهای قدرت استفاده کرد.
هافنیوم دارای استحکام مکانیکی کافی و مقاومت خوبی در برابر خوردگی است. لذا ماده کنترل خوبی است.
گادولینیم در بعضی راکتورهای گازی پیشرفته به عنوان سم قابل سوختن بکار میرود.
نظرات شما عزیزان: