Термист Термомеханическое упрочнение арматурного проката технология, средства, разработка

Металлы в атомной энергетике

<< Предыдущая страница <<   ||  Оглавление   ||   >> Читать дальше >>

Уран и железо... Что общего между ними? Оказывается, в Кривом Роге есть месторождение, где они «живут» вместе.

Дело в том, что здесь урановые минералы вкраплены в железную руду. Урановую руду с высоким содержанием железа проплавляют в доменной печи. Железо восстанавливается и переходит в чугун, а уран остается в шлаке. Этот урановый шлак перерабатывают на химических заводах, где из него получают сначала окись урана, а затем и чистый металл.

Имеются и другие связи между металлургией и атомной энергетикой. Многие успехи атомной промышленности обязаны достижениям в области металлургии.

Атомный ледокол «Ленин», способный передвигаться непрерывным ходом через лед толщиной в полтора человеческих роста со скоростью почти четыре километра в час, не мог бы быть построен без использования самых новых и удивительно прочных сталей.

Обычные морские опасности ледоколу не страшны. Его прочный корпус сделан из специальной стали. К тому же корабль опоясан мощным стальным «ледовым поясом».

Реактор ледокола представляет собой толстостенный котел, где стержни из окиси урана окружены чистой, дважды дистиллированной водой. Все детали атомной установки ледокола, смертельно опасные своей высокой радиоактивностью, объединены в одном отсеке и ограждены надежными стенами лучевой защиты. Для этого поставлены почти двухметровой толщины перегородки, где листы нержавеющей стали перемежаются водой, совсем как в слоеном пироге. Дальше идут внушительные стальные плиты и блоки специального лимонитового бетона, где в качестве наполнителя использована железная руда - лимонит.

Через два года после начала плавания ледокола «Ленин» вышло в море для проведения испытаний американское атомное товаро-пассажирское судно «Саванна». В его реакторе ядерное горючее в виде маленьких таблеток двуокиси урана заключено в трубки из нержавеющей стали. 164 трубки скрепляются вместе, образуя конструкцию, названную ассамблеей. Таких ассамблей в реакторе 32.

Для оболочек тепловыделяющих элементов реактора «Саванны» сначала намечались циркониевые сплавы. Шли долгие споры между сторонниками использования циркония и нержавеющей стали. Дело в том, что хотя цирконий и его сплавы были надежнее, но они еще пока очень дороги, а сталь намного дешевле. Позже американские атомники убедились, что можно доверять нержавеющей стали, и начали ее широко использовать в различных конструкциях атомных сооружений.

На всех атомных электростанциях США устройства и механизмы, связанные с отбором тепла, заключены в стальные полые шары. Таким образом, все, что связано с радиоактивностью, изолировано от внешней среды. Эти предосторожности вызваны неуверенностью в конструкции и опасением возможного взрыва.

Здание атомной электростанции «Энрико Ферми» окружено стальным цилиндрическим корпусом с внутренним диаметром 22 м. Высота этого стального «стакана» над землей 36.6 м и еще на 15.6 м он уходит в землю. Внутри этой стальной скорлупы остальные части реактора и механизмов также закрыты защитными устройствами из бетона, углеродистой и нержавеющей стали, графита.

Как мы видим, сталь широко применяется для защитных сооружений в атомных реакторах. Сталь для защиты от радиоактивного излучения потому и годится, что она хорошо поглощает нейтроны. Но вот это же ее качество - большое поглощение нейтронов мешает использовать сталь в конструкциях ядерных реакторов атомных электростанций. Из-за этого к.п.д. атомных электростанций пока значительно ниже к.п.д. обычных станций. Почему?

Применение стали в конструкциях обычных электростанций позволяет получать пар с очень высокой температурой. В ядерных реакторах подобных конструкций применяют магний и циркон - это не позволяет в достаточной степени повысить температуру пара.

Поэтому металлурги ведут настойчивые поиски новых марок металлов и сплавов для ядерной энергетики. Например, во Франции разработана новая марка стали Феал-40. Она содержит 40 % алюминия и сочетает в себе хорошие свойства нержавеющей стали с относительно невысоким радиусом захвата нейтронов. Уже началась промышленная выплавка новой стали под вакуумом и изготовление из нее листов и труб.

В поисках новых материалов для атомной промышленности важно исследовать влияние облучения на упрочнение и разупрочнение разных сталей и сплавов. Ведь условия работы металлов в конструкциях реакторов необычны и очень ответственны. Металлические конструкции находятся в условиях мощного нейтронного облучения при высокой температуре и омывании деталей жидким металлом - теплоносителем. И самое главное - конструкция реактора должна служить длительное время, ибо здесь недопустимы аварии, ремонт затруднителен, а иногда просто невозможен.

В г. Мелекесе, в Научно-исследовательском институте атомных реакторов Государственного комитета по использованию атомной энергии СССР создан новый атомный реактор «Мир». Этот самый мощный и совершенный из всех существующих исследовательских реакторов предназначен для исследования материалов в интенсивных потоках нейтронов и в условиях высоких температур.

В обычных реакторах материал должен пробыть несколько лет, чтобы получить такую дозу облучения, какую «Мир» дает за несколько месяцев. В реакторе можно установить сразу 16 петлевых каналов, куда загружается материал для испытания облучением.

Что могут дать металловедам подобные испытания?

Как известно, наиболее сильное и глубокое изменение свойств металлов вызывает облучение нейтронами, протонами, дейтронами и альфа-частицами. Например, образцы железа и никеля, подвергнутые отжигу в вакууме при различных температурах, облучались в специальных камерах, после чего их испытывали на растяжение и исследовали под микроскопом. Выяснилось, что допустимая нагрузка на растяжение образцов железа увеличивалась на 60 - 70 %, никеля - на 30 - 35 %. Упрочнение металла при облучении ядерными частицами предположительно объясняют закреплением кристаллических дефектов.

При комнатных температурах облучение обычно повышает твердость и прочностные свойства металлов, но уменьшает пластические свойства. Однако это не относится к алюминию. На него температура облучения 250 - 300 °С оказывает такое же влияние, что и отжиг, т. е. снижает твердость и повышает вязкость металла.

Исследования и поиски продолжаются. Успехи металлургов в создании новых сплавов помогут дальнейшему развитию атомной энергетики.

<< Предыдущая страница <<   ||  Оглавление   ||   >> Читать дальше >>

Использована публикация:
Мезенин Н.А. Занимательно о железе. М. "Металлургия", 1972. 200 с.
стр. 115 - 117.

К началу страницы

Web-сайт “Термист” (termist.com)
Термомеханическое упрочнение арматурного проката

Отсутствие ссылки на использованный материал является нарушением заповеди "Не укради"

Редактор сайта: Гунькин И.А. (termist.com@gmail.com)