ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Конструкционные материалы. Теплоносители из "Металловедение Издание 4 1966 " Строительство атомных электростанций, атомных кораблей требует самых разнообразных материалов конструкционных сталей, нержавеющих и жаропрочных сталей и сплавов, цветных металлов и других металлических материалов, с которыми мы познакомились или еще познакомимся в этой и в следующей частях книги. Но атомная техника предъявила к материалам, идущим на изготовление некоторых деталей, особые требования, не встречающиеся в других отраслях техники. В данном случае речь идет в первую очередь о такой важнейшей характеристике, как способность ядра атома поглощать тепловые нейтроны (нейтроны с низкой энергией). Для атомной техники требуются материалы и с высокой способностью к поглощению нейтронов (например, для биологической защиты, для регулирования реакций распада в котле), и с малой (например, оболочки топливных элементов в атомных реакторах). Способность разных металлов поглощать нейтроны колеблется в очень широких пределах (табл. 99). [c.412] Для последней цели магний и алюминий из-за их низкой температуры плавления в ряде случаев оказываются неподходящими, и в этом случае атомная энергетика использует бериллий и цирконий. [c.413] Бериллий. Поскольку такое свойство атолюв, как поперечное сечение захвата, не зависит от состояния, в каком находится элемент, то бериллий в ядерной промышленности применяется и металлическом виде и в виде соединений с кислородом, углеродом и водородом (оксиды, карбиды и гидриды бериллия). [c.413] Бериллий имеет две аллотропические модификации — а и (Ji, причем обе модификации имеют одинаковую гексагональную решетку, по отличаются параметрами (Ве а = 2,286 A, с = 3,588 А Ве а = 6,93 А, с = 11,35 A). Температура перехода а i Р около 500° С. [c.413] Технический бериллий представляет собой хрупкий металл с прочностью около 300 Мн1м и удлинением 1—2%. Впрочем, его Ешзкая пластичность может быть обусловлена недостаточной чистотой, так как этот металл особенно чувствителен к загрязнениям. Коррозионная стойкость бериллия высока. Легирование бериллия вторыми и третьими компонентами, как показали первые опыты, не отражается существенно на его свойствах. [c.413] Ввиду малой величины эффективного захвата тепловых нейтронов, высокой температуры плавления и высокой коррозионной стойкости бериллий можно применять для плакировки стержней ядерного горючего, однако чрезвычайно высокая стоп-мость бериллия ограничивает его применение, для этой цели в настоящее время успеш но применяют более дешевый металл — цирконий . [c.413] В качестве одного из высокопрочгшх сплавов циркония можно указать на сплав циркаллой, содержащий 0,5—1% Sn, 0,2% Fe и 0,3% Ni. Коррозионная стойкость циркония в сильной степени зависит от его чистоты. Сотые доли процента углерода и азота снижают его коррозионную стойкость. Однако некоторые добавки нейтрализуют вредное влияние загрязнений (так, ниобий нейтрализует действие углерода, а олово — азота). Наличие фазового превращения позволяет воздействовать иа свойства циркониевых сплавов путем термической обработки. Диаграммы состояния циркония со многими элементами построены, однако данных о термической обработке и совершающихся при этом структурных превращениях мало. [c.414] Технический цирконий содерягит в некотором количестве (обычно около 2%) примесь гафния, соседа в периодической системе и близкого ему по свойствам. Однако гафний резко отличается по ядерным свойствам от циркония (табл. 99) — эффективное сечение захвата гафния почти в 1000 раз больше поэтому для основного назначения цирконий должен быть очищен от гафния, что является весьма сложной задачей и сильно увеличивает стоимость металла. Для других применений (т. е. пе для ядерной техники) этого делать, разумеется, пе следует, так как наличие гафния заметным образом не сказывается на механических и химических свойствах циркония. [c.414] Цирконий находит также применение как поглотитель газов (геттер) в хирургии (цирконий, как и тантал, в отличие от таких материалов, как серебро, шелк, пе взаимодействует с живыми тканями) и в металлургии (легирующая присадка, раскислитель). [c.414] Теплоносители. Для активного теплообмена в ядерпых реакторах применяют металлические теплоносители, имеющие более высокую теплопроводность, чем вода или газы. В качестве теплоносителей следует применять металлы с низкой температурой плавления. В зависимости от принципа действия реактора в качестве теплоносителя мои но применять висмут (и его сплавы) или натрий. [c.414] В реакторах одних типов теплоиоситель должен содержать в растворенном состоянии ядерпое топливо — уран, поэтому должен быть выбран металл с низкой температурой плавления (практически не выше 500 С), способный растворять уран. [c.414] Данные, приведенные в табл. 100, показывают, что из всех легкоплавких металлов для этого больше всего подходит висмут. [c.414] Кроме того (и это немаловажно), висмут имеет небольшую способность к поглощению тепловых нейтронов. [c.414] Применение вместо чистого висмута эвтектики РЬ — В состава 43,5% РЬ в 56,5% с температурой плавления 125° С (рис, 363) вполне во.зможно, так как добавка свинца удешевляет расплав, делает его более жидкоподвижпым вследствие снижения температуры плавления, а уменьшение растворимости урана и увеличение способности к поглощению нейтронов хотя и происходят (табл. 100), но находятся в допустимых продолах. [c.414] Платина, марганец, никель полностью неустойчивы, а медь и алюминий не намного лучше их. Простое нелегированное железо и углеродистая сталь сохраняют устойчивость до более высоких температур (750 С), чем нержавеющие стали. Устойчивы до 1000° С бериллий и молибден. Таким образом, обычные представления о коррозионной стойкости металлов в даниом случае совершенно неприложимы. [c.415] Интенсивный отвод тенла, выделяющегося в реакторе при ядернолг расщеплении, может быть эффективно осуществлен с помощью легких металлов они по своим тепловым свойствам значительно превосходят воду, так как имеют более высокую скрытую теплоту испарения (иа что, следовательно, больше будет затрачиваться тепла), более низкую упругость пара (следовательно, система может работать при более низких давлениях и иметь более тонкие стенки), более высокий коэффициент тепло-проводпости и т. д. [c.415] Натрий при комнатной температуре очень мягкий (деформируется пальцами), легко режется ножом. [c.416] В реакторах применяют чистый натрий и его сплав с калием (44% К) (рис. 364). Такой сплав при комнатной температуре находится в жидком состоянии, что представляет некоторые технические удобства. Коэффициент теплопроводности этого сплава несколько ниже, чем у чистого натрия. [c.416] Стойкость различных металлов против коррозионно-эрозионного воздействия жидкого натрия различна. Высокой стойкостью в натрии обладают никель, хром, молибден, железо, цирконий ограниченно устойчивы титаи и нержавеющая сталь, а углеродистая сталь, алюминий, платина неустойчивы. В наибольшей степени требования современной техники удовлетворяют аустенитная нержавеющая сталь и цирконий, обладающие оптимальным сочетанием требуемых свойств. [c.416] Вернуться к основной статье