Студопедия
Случайная страница | ТОМ-1 | ТОМ-2 | ТОМ-3
АрхитектураБиологияГеографияДругоеИностранные языки
ИнформатикаИсторияКультураЛитератураМатематика
МедицинаМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогика
ПолитикаПравоПрограммированиеПсихологияРелигия
СоциологияСпортСтроительствоФизикаФилософия
ФинансыХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника

Описание конструктивного элемента

Механические свойства ниобия | Сплавы системы Nb-Zr | Характеристика теплоносителя | Анализ характера деформирования | Радиационное охрупчивание | Радиационное упрочнение | Взаимодействие основы со средой | Требования к свойствам разрабатываемого материала | Диаграмма рекристаллизации | Способы регулирования рекристаллизации |


Читайте также:
  1. II.Общее описание
  2. III. ОПИСАНИЕ ИЗМЕНЕННОГО ОПЫТА
  3. А это так удобно и просто, просто, элементарно.
  4. Автоматика ликвидации асинхронного режима (АЛАР) на параллельных ЛЭП. Выбор типа АЛАР, краткое описание принципа действия
  5. Альванический элемент. ЭДС гальванического элемента
  6. АРКТ на трансформаторах ответвительной подстанции. Краткое описание
  7. АЧР. Краткое описание.

В настоящее время наиболее перспективными энергетическими установками представляются реакторы управляемого термоядерного синтеза. Основными компонентами корпуса ТЯР являются рабочая (разрядная, взрывная) камера с необходимыми устройствами для обеспечения горения плазмы, и бланкет соответствующего исполнения с устройствами (системами) для отвода тепла, извлечения трития и ядерного топлива [1,2]. На рис.1.1 приведена схема поперечного сечения рабочей камеры с магнитным удержанием плазмы.

Рисунок 1.1 - Общая схема термоядерного реактора с магнитным удержанием плазмы (поперечное сечение рабочей камеры):

1- зона плазмы; 2 – вакуумный зазор между плазмой и первой стенкой; 3 – защитный экран или диафрагма; 4 – корпус рабочей камеры (тороидальной, цилиндрической или сферической формы); 5- бланкет и радиационная защита; 6 – обмотки катушек магнитного поля; 7 – внешний корпус [1]

 

В реакторах, работающих на дейтерий-тритиевом (D-T) топливном цикле, бланкет предназначен для преобразования кинетической энергии нейтронов синтеза в тепловую энергию и для воспроизводства трития.

Основные узлы ТЯР, как видно на рисунке 1.2, состоят из следующих конструктивных элементов: рабочая (разрядная, взрывная) камера с необходимым устройством для обеспечения горения плазмы, бланкет соответствующего исполнения с устройствами для отвода тепла, извлечения трития и ядерного топлива. Эти узлы, а также защита реактора - наиболее энергонапряжённые с точки зрения работы материалов. Существует несколько вариантов устройства бланкета: структурно непрерывная полость, модульный бланкет. Первый вариант не применим с точки зрения эксплуатации, так как в случае повреждения бланкета выходит из строя весь реактор. Второй вариант более подходящий, так как бланкет состоит из нескольких частей, в случае поломки одной из них необходимо поменять только эту часть, так же упрощается процесс изготовления, испытания термоядерного реактора, повышается надёжность, понижается стоимость; использование отдельных элементов позволяет создать довольно жесткую конструкцию даже для больших по размерам реакторов благодаря выбору оптимального напряжённого состояния в элементе, минимальной толщины материалов и уровня термонапряжений.

Рисунок 1.2 - Модуль рабочей камеры ТЯР

Основное излучение плазмы будет восприниматься первой стенкой реактора. Основным продуктом D-T реакции являются нейтроны (Е=14,08 МэВ) и ядра гелия (Е= 3,48 МэВ). Тепловое и корпускулярное излучение плазмы в виде отходов реакции синтеза и вторичное γ-излучение бланкета воспринимаются первой стенкой, что в результате приведет к объемным и поверхностным повреждениям (изменениям) структуры материалов, степень которых будет определяться параметрами плазмы. В конечном счёте в стенке реактора выделяется 15-25%, а в бланкете 75-85% энергии D-T реакции синтеза. Наряду с радиационным воздействием первая стенка будет находится в сложном напряжённом состоянии, из-за нестационарности температурных и силовых условий работы реактора. Также, для реакторов с магнитным удержанием плазмы, работающих в циклическом режиме, характерным являются срывы плазмы, сопровождаемые мощным локальным тепловым и радиационным воздействием излучением.

Корпус разрядной камеры обеспечивает прочность, герметичность, служит для размещения оборудования реактора. В процессе работы на материал стенки оказываю воздействие следующие факторы:

-радиационное воздействие нейтронов;

-термомеханическое напряжение обусловленное действием температурных полей и силовых нагрузок напряжений; силовые нагрузки имеют механическую, электромагнитную, тепловую и радиационную природу, например, давление теплоносителя, собственная масса камеры и бланкета, внешнее атмосферное давление, вибрация оборудования, распухание материалов, силы обусловленные электромагнитными явлениями;

-воздействие теплоносителя (в данном случае: Pb-Bi).

Основные параметры ТЯУ и ТЯР, определяющие условия работы материалов, приведены в таблице 1.2.

 

Таблица 1.2 – Основные параметры термоядерных установок и реакторов [1]

  Параметры   Экспериментальные
М И Мкс Ми И
Мощность тепловая, МВт Длительность горения, с Длительность полного цикла, с Нагрузка на стенку, МВт·м-2 Энерговыделение в стенке, МВт·м-3 Поток частиц на стенку, м-2·с-1: нейтроны, Е=14МэВ нейтроны, 0<Е<14МэВ D+ T+ He + Температура стенки, К Скорость повреждений, сна·с-1     -   0,3-20 0,5-631 0,1-0,5   -   - - - - - 290-870 - -   10-9-10-10 0,1   -   -   - - - - -   - 9-1500   0,11-6000 25-6030   0,08-2,50   1,7-5,0   7,6·1012   7,6·1012 (9,5÷20)·1012 5·1014 5·1014 1013 370-1320   2,2-4,5     0,1-1,0   -   -   -   -   - - - -   - 100-540   (1÷5)·10-10 0,1   0,14-0,64   -   -   -   - - - 770-1270   -

М – магнитное удержание плазмы, И – инерциальное удержание плазмы, Мкс – магнитный, квазистационарный режим работы, Ми – магнитный, импульсный режим работы.

В таблице 1.3 приведены некоторые кандидатные конструкционные материалы, их достоинства и недостатки, примеры предполагаемого использования в разрабатываемых конструкциях.

Таблица 1.3 – Достоинства и недостатки кандидатных конструкционных материалов [1]

  Класс материалов Примеры использования в проектах ТЯР   Достоинства   Недостатки
Аустенитные нержавеющие стали: SS -316, SS-316 [(ХД-10%)+ +отжиг (1050К, 2ч) + (ХД-10%) ]     Ферритные (хромистые) стали НТ-9, Х13, Х9М1   Сплавы тугоплавких металлов: Mo-W, Ta-W, V-20Ti, Nb-1Zr, FS-85 UWMAK, TFTR, LLL   STARFIRE     ANL, UWMAK-III, ТВЭ-2500 1.Технологичность; 2.Изученность; 3.Распространенность; 4.Жаропрочность (до 750-850К); 5.Жаростойкость; 6.Удовлетворительная коррозионная стойкость   1.Технологичность; 2.Освоенность; 3.Распространенность; 4.Низкая стоимость; 5.Низкое распухание; 6.Хорошая совместимость с жидкометаллическими теплоносителями (850-900К); 7.Термостойкость; 8.Жаропрочность (до 650-760К)   1.Жаропрочность; 2.Термостойкость (Nb); 3.Хорошая совместимость с жидкометаллическими теплоносителями (>1150K); 4.Низкое распухание (V); 5.Низкое сечение захвата нейтронов (V,Mo); 6.Низкая упругость паров (Mo,Nb) 1.Радиационное охрупчивание; 2.Радиационное распухание; 3.Коррозия под напряжением, интеркристаллитная коррозия (750-950К); 4.Низкая термостойкость (теплопроводность); 5.Сильная активация и изменение изотопного состава.   1.Склонность к тепловой хрупкости (730-800К); 2.Самозакаливаемость при сварке; 3.Радиационное охрупчивание, повышение Тхп; 4.Склонность к росту зерна (Т>1000К); 5.Сильная активация и изменение изотопного состава     1.Низкая технологичность (Mo); 2.Высокая температура перехода в хрупкое состояние; 3.Радиационное охрупчивание; 4.Большое сродство к водороду, примесям внедрения; 5.Низкая жаростойкость; 6.Дорогая металлургия; 7.Высокий атомный номер  

 

В итоге, анализ условий работы корпуса разрядной камеры показывает, что это один из наиболее напряженных узлов ТЯР, к которому предъявляются высокие требования надежности и устойчивости по целому ряду параметров, достигнуть которые необходимо оптимальным составом сплава и дальнейшей обработкой.


Дата добавления: 2015-09-04; просмотров: 91 | Нарушение авторских прав


<== предыдущая страница | следующая страница ==>
Введение| Свойства ниобия

mybiblioteka.su - 2015-2024 год. (0.006 сек.)