Pam mae Alwminiwm yn cael ei Ddefnyddio mewn Adweithyddion Niwclear
Alwminiwm oedd y metel strwythurol cyntaf a ddefnyddiwyd y tu mewn i adweithydd niwclear, ac mae'n parhau i fod yn geffyl gwaith ar gyfer peiriannau ymchwil a phrofi. Mae'r rheswm yn niwtronig yn hytrach na mecanyddol: mae trawsdoriad amsugno niwtron thermol alwminiwm tua 0.23 ysgubor, felly mae cydrannau alwminiwm sydd wedi'u gosod ger y craidd yn defnyddio ychydig iawn o niwtronau o gymharu â dur di-staen. Defnyddiodd gwasanaethau hanfodol cynnar megis Chicago Pile-1 ym 1942 danwydd wedi'i orchuddio ag alwminiwm am yr union reswm hwnnw.
Mae amsugno niwtronau parasitig isel yn cadw'r stocrestr tanwydd sydd ei angen ar gyfer critigedd yn gymedrol.
Mae dargludedd thermol uchel ger 237 W/mK yn symud gwres o blatiau tanwydd i'r oerydd yn effeithlon.
Mae dwysedd isel o 2.70 g/cm3 yn caniatáu elfennau tanwydd ysgafn, hawdd eu trin a rigiau arbelydru.
Cydnawsedd da â thanwydd wraniwm mewn systemau dŵr wedi'u hoeri o dan tua 200 gradd .
Galladwyedd ardderchog i blatiau tenau, sianeli a thiwbiau â waliau tenau.
Gwaith Mewnol yr Adweithydd a Dyletswyddau Cydrannol
Y tu mewn i adweithydd ymchwil, mae alwminiwm yn ymddangos mewn pedwar prif ddosbarth dyletswydd: cladin a fframiau elfen tanwydd, rigiau cynhyrchu arbelydru a isotop, tiwb trawst a chaledwedd adlewyrchydd, a phibellau oerydd ynghyd â thanc yn adrannau tymheredd isel y ddolen. 6061-Allwthiadau T6 yw'r radd adeileddol ddiofyn, tra bod 1100 o dalennau a gorchuddion pibellau 505.
Mae tryloywder niwtron hefyd yn gwneud alwminiwm yn ddefnyddiol ar gyfer y cydrannau y mae'n rhaid iddynt eistedd agosaf at safleoedd arbrofi, lle byddai unrhyw strwythur dur yn lleihau'r fflwcs sydd ar gael. Mae offerynnau y tu mewn i diwbiau trawst a chyfleusterau tangential yn defnyddio fframiau cymorth alwminiwm yn rheolaidd am y rheswm hwn.
Alwminiwm fel Cladin Tanwydd
Mae elfennau tanwydd math plât yn dominyddu adweithyddion ymchwil. Mae cig tanwydd gwasgariad silicid alwminiwm neu wraniwm wraniwm yn cael ei bondio â rholio rhwng platiau gorchudd aloi alwminiwm, yna'n cael ei ffurfio'n blatiau crwm neu fflat wedi'u cydosod yn elfen blwch. Mae haenau ocsid tenau yn ffurfio rhwystr amddiffynnol mewn systemau sydd wedi'u hoeri â dŵr, ac mae'r cladin yn cadw cynhyrchion ymholltiad allan o'r oerydd cynradd.
| aloi | Dwysedd (g/cm3) | Dyletswydd adweithydd nodweddiadol |
|---|---|---|
| 1100 (tua 99% Al) | 2.71 | cladin tymheredd isel, -caledwedd gweithredu isel |
| 6061-T6 (Al-Mg-Si) | 2.70 | Fframiau strwythurol, amgaeadau elfen, pibellau |
| 5052 (Al-Mg) | 2.68 | Tiwb oerydd, tanciau, gwneuthuriad cyffredinol |
| Al{0}}Ni-F graddau | 2.72 | Cladin wedi'i ddatblygu ar gyfer gwasanaeth prawf tymheredd uwch |
| Powdr alwminiwm sintered | 2.70 | Cryfhawyd gwasgariad-cydrannau tymheredd uchel |
Gollyngiad-tinder yn hytrach na chryfder sy'n gyrru dyluniad y cladin. Mae ansawdd bond rhwng cig tanwydd a phlât gorchudd yn cael ei wirio gan archwiliad ultrasonic yn ystod y gweithgynhyrchu, ac mae elfennau gorffenedig yn cael eu gwirio am oddefgarwch dimensiwn a diffygion arwyneb cyn eu llwytho.
Cyfyngiadau Alwminiwm mewn Cymwysiadau Niwclear
Mae tymheredd yn gosod y terfyn caled cyntaf. Mae aloion alwminiwm yn gorsymu ac yn colli cryfder uwchlaw tua 150 gradd, sy'n eu heithrio o gylchedau oerydd cynradd adweithyddion pŵer, lle defnyddir dur di-staen a aloion zirconiwm yn lle hynny. Mae cyrydiad dŵr yn dod yn sylweddol wrth i'r tymheredd godi, ac mae angen rheolaeth fanwl gywir ar gemeg dŵr i atal ymosodiad tyllu ar yr wyneb cladin.
Mae arbelydru yn ychwanegu ail set o derfynau. Ar ruglder niwtron uchel mae alwminiwm yn mynd trwy chwydd, tyfiant a brithiad gwag, tra bod adweithiau trawsnewid yn cynhyrchu silicon a heliwm y tu mewn i'r metel. Mae actifadu yn ddifrifol ond yn fyrhoedlog, oherwydd mae dal niwtronau yn cynhyrchu sodiwm-24 gyda hanner oes o 15-awr, felly gellir trin caledwedd alwminiwm ar ôl cyfnod pydredd byr yn hytrach na bod angen ei drin o bell yn y tymor hir.
Datgomisiynu ac Ailgylchu Caledwedd Alwminiwm
Mae ymddeoliad adweithydd ymchwil neu ddolen brawf yn cynhyrchu llif alwminiwm diffiniedig: caledwedd elfen tanwydd a reolir eisoes fel deunydd arbelydredig, ynghyd â -strwythurau gweithgaredd isel megis tanciau, dwythell a fframiau rig. Mae metel gweithgaredd isel yn cael ei arolygu, pydredd yn cael ei storio ac yna'n cael ei doddi i'w ailddefnyddio'n gyfyngedig, yn aml yn cael ei ail-gastio fel blociau cysgodi, tra bod mwyndoddi yn adennill mwy na 95% o'r alwminiwm glân. Mae mireinio toddi ac electroburo alwminiwm ar wahân i halogiad trymach, ac mae cyfrifeg materol llym yn cadw ffracsiynau actifedig y tu mewn i lwybrau gwastraff trwyddedig.
Cwestiynau Cyffredin
C: Pam mae alwminiwm yn cael ei ddefnyddio mewn cydrannau adweithyddion niwclear?
Oherwydd mai dim ond tua 0.23 o ysguboriau yw ei drawstoriad amsugno niwtronau thermol, sy'n cadw colledion adweithedd yn isel, ac oherwydd bod ei ddargludedd thermol uchel yn gwella'r broses o dynnu gwres o blatiau tanwydd i oerydd.
C: Beth yw prif gyfyngiadau alwminiwm mewn cymwysiadau niwclear?
Mae aloion yn colli cryfder uwchlaw tua 150 gradd, mae cyrydiad dŵr yn cyflymu ar dymheredd uchel, ac mae rhuglder niwtron uchel yn achosi chwyddo a breuo. Felly mae adweithyddion pŵer yn defnyddio aloion zirconium yn lle hynny.
C: Sut mae alwminiwm yn perfformio fel cladin tanwydd niwclear?
Mae'n perfformio ymhell islaw tua 200 gradd , gan ffurfio ocsid amddiffynnol tenau mewn systemau oeri dŵr. Mae angen cemeg dŵr rheoledig i atal tyllu ac mae'n anaddas ar gyfer tanwydd adweithydd pŵer masnachol.
C: Pa aloion alwminiwm sy'n gyffredin mewn systemau niwclear?
6061-T6 ar gyfer cydrannau adeileddol, 1100 ar gyfer cladin tymheredd isel, 5052 ar gyfer pibellau a thanciau, graddau Al-Ni-Fe ar gyfer gwasanaeth prawf poethach, a phowdr alwminiwm sintered lle mae angen cryfder gwasgariad.
C: Sut mae alwminiwm yn cael ei ailgylchu o adweithyddion sydd wedi'u datgomisiynu?
Mae caledwedd wedi'i actifadu yn cael ei storio i ddadfeilio er mwyn gadael i gynhyrchion byrhoedlog fel sodiwm-24 farw, yna eu harolygu a'u toddi. Mae mwyndoddi yn adennill mwy na 95% o fetel glân, ac mae alwminiwm gweithgaredd isel yn aml yn cael ei ail-gastio'n flociau cysgodi.
C: A yw actifadu alwminiwm yn bwysig ar gyfer gwaith cynnal a chadw?
Ie, ond dim ond yn fyr. Mae gan sodiwm-24 hanner-oes o tua 15 awr, felly mae cydrannau alwminiwm yn dod yn hygyrch ar ôl cyfnod oeri byr, yn wahanol i gydrannau sy'n cynnwys cynhyrchion actifadu hirhoedlog.
