Eutektyka ołowiowo-bizmutowa
Lead-Bismut Eutectic lub LBE to eutektyczny stop ołowiu (44,5 % at ) i bizmutu (55,5% at ) stosowany jako chłodziwo w niektórych reaktorach jądrowych i jest proponowanym chłodziwem dla szybkiego reaktora chłodzonego ołowiem , część generacji Inicjatywa reaktora IV . Ma temperaturę topnienia 123,5°C/255,3°F (czysty ołów topi się w 327°C/621°F, czysty bizmut w 271°C/520°F) i temperaturę wrzenia 1670°C/3038° F .
Wszystkie stopy ołowiu i bizmutu zawierające od 30% do 75% bizmutu mają temperaturę topnienia poniżej 200°C/392°F. Stopy zawierające od 48% do 63% bizmutu mają temperaturę topnienia poniżej 150°C/302°F. Podczas gdy ołów nieznacznie rozszerza się podczas topnienia, a bizmut nieznacznie kurczy się podczas topnienia, LBE ma znikomą zmianę objętości podczas topnienia.
Historia
Radzieckie okręty podwodne klasy Alfa wykorzystywały LBE jako chłodziwo do swoich reaktorów jądrowych przez całą zimną wojnę .
Rosjanie są uznanymi ekspertami w dziedzinie reaktorów chłodzonych ołowiem-bizmutem, a OKB Gidropress (rosyjscy twórcy reaktorów lekkowodnych typu WWER ) mają specjalne doświadczenie w ich rozwoju. SVBR-75/100, nowoczesna konstrukcja tego typu, jest jednym z przykładów bogatych rosyjskich doświadczeń z tą technologią.
Gen4 Energy (dawniej Hyperion Power Generation ), amerykańska firma powiązana z Los Alamos National Laboratory , ogłosiła w 2008 roku plany zaprojektowania i wdrożenia małego modułowego reaktora zasilanego azotkiem uranu , chłodzonego eutektyką ołowiowo-bizmutową, do komercyjnego wytwarzania energii, ciepłownictwa i odsalanie . Proponowany reaktor, nazwany Modułem Gen4, planowany jest jako 70 MW tys reaktor typu zamkniętego typu modułowego, zmontowany fabrycznie i przetransportowany na miejsce w celu zainstalowania oraz przetransportowany z powrotem do fabryki w celu uzupełnienia paliwa.
Zalety
W porównaniu z płynnymi płynami chłodzącymi na bazie sodu, takimi jak ciekły sód lub NaK , chłodziwa na bazie ołowiu mają znacznie wyższe temperatury wrzenia , co oznacza, że reaktor może pracować bez ryzyka wrzenia chłodziwa w znacznie wyższych temperaturach. Poprawia to wydajność cieplną i może potencjalnie umożliwić produkcję wodoru w procesach termochemicznych.
Ołów i LBE również nie reagują łatwo z wodą lub powietrzem, w przeciwieństwie do sodu i NaK , które zapalają się samorzutnie w powietrzu i reagują wybuchowo z wodą. Oznacza to, że reaktory chłodzone ołowiem lub LBE, w przeciwieństwie do konstrukcji chłodzonych sodem, nie potrzebowałyby pośredniej pętli chłodziwa, co zmniejsza inwestycje kapitałowe wymagane dla zakładu.
Zarówno ołów, jak i bizmut są również doskonałą osłoną przed promieniowaniem , pochłaniając promieniowanie gamma , będąc jednocześnie praktycznie przezroczystym dla neutronów . W przeciwieństwie do tego, sód tworzy silny emiter promieniowania gamma, sód-24 ( okres półtrwania 15 godzin) po intensywnym promieniowaniu neutronowym , co wymaga dużej osłony przed promieniowaniem dla pierwotnej pętli chłodzącej.
Jako ciężkie jądra, ołów i bizmut mogą być wykorzystywane jako cele spallacyjne do produkcji neutronów nierozszczepialnych, jak w transmutacji odpadów w akceleratorze (patrz wzmacniacz energii ).
Zarówno chłodziwa na bazie ołowiu, jak i sodu mają tę zaletę, że mają stosunkowo wysokie temperatury wrzenia w porównaniu z wodą, co oznacza, że nie jest konieczne zwiększanie ciśnienia w reaktorze nawet w wysokich temperaturach. Poprawia to bezpieczeństwo, ponieważ zmniejsza prawdopodobieństwo wypadku z utratą chłodziwa (LOCA) i pozwala na pasywnie bezpieczne konstrukcje. Cykl termodynamiczny ( cykl Carnota ) jest również bardziej wydajny przy większej różnicy temperatur. Jednak wadą wyższych temperatur jest również większa szybkość korozji metalowych elementów konstrukcyjnych w LBE ze względu na ich zwiększoną rozpuszczalność w ciekłym LBE wraz z temperaturą (tworzenie się amalgamatu ) oraz kruchość ciekłego metalu .
Ograniczenia
Ołów i chłodziwo LBE są bardziej korozyjne dla stali niż sód, co ze względów bezpieczeństwa wyznacza górną granicę prędkości przepływu chłodziwa przez reaktor. Ponadto wyższe temperatury topnienia ołowiu i LBE (odpowiednio 327°C i 123,5°C) mogą oznaczać, że krzepnięcie chłodziwa może stanowić większy problem, gdy reaktor pracuje w niższych temperaturach.
Wreszcie, pod wpływem promieniowania neutronowego , bizmut-209 , główny izotop bizmutu obecny w chłodziwie LBE, ulega wychwytowi neutronów , a następnie rozpadowi beta , tworząc polon-210 , silny emiter alfa . Obecność radioaktywnego polonu w płynie chłodzącym wymagałaby specjalnych środków ostrożności w celu kontrolowania zanieczyszczenia alfa podczas tankowania reaktora i obchodzenia się z elementami mającymi kontakt z LBE.
Zobacz też
- Reaktor podkrytyczny (system napędzany akceleratorem)