Švedski proboj u metalurgiji. Rešen decenijski problem reaktora sa tečnim olovom: materijal koji “sam zaceljuje”

Švedska komepanija Blykalla možda je rešila decenijski problem reaktora hlađenih telnim olovom razvojem nove legure čelika obogaćene aluminijumom

Tečno olovo se decenijama u nuklearnoj inženjeriji posmatralo kao jedan od najperspektivnijih, ali i najzahtevnijih rashladnih medijuma za reaktore IV generacije. Iako pruža vrhunske termodinamičke i bezbednosne performanse, njegova upotreba je imala ozbiljnu cenu: tečno olovo na visokim radnim temperaturama deluje izuzetno agresivno prema konvencionalnom nerđajućem čeliku, tako što stupa u hemijsku reakciju i ispira elemente legure poput gvožđa i nikla, menjajući njene hemijske, mehaničke i termalne karakteristike.

Švedska kompanija Blykalla uspela je, po svemu sudeći, da reši ovaj problem materijala kroz razvoj specijalne čelične legure obogaćene aluminijumom, otvorivši vrata široj komercijalnoj primeni kompaktnih reaktora hlađenih tečnim metalom (LFR).

Mehanizam: inherentna svojstva nove legure

Ključ inovacije ne leži u spoljašnjem premazu koji bi se vremenom pohabao (što je najčešće rešenje), već u unutrašnjoj strukturi same legure: tokom redovnog rada reaktora na visokim temperaturama, aluminijum u unutrašnjosti čelika spontano migrira ka spoljašnjoj površini i u dodiru sa precizno doziranom količinom kiseonika u tečnom olovu, aluminijum reaguje i stvara mikroskopski gust, izuzetno čvrst sloj aluminijum-oksida (vrsta keramike).

A ovo tehnološko rešenje je i samoregulišuće u izvesnom smislu: ukoliko tokom eksploatacije dođe do mikro-ogrebotina, naprsnuća ili habanja površine usled strujanja tečnog metala, aluminijumska komponenta aluminijuma u čeliku ponovo reaguje, i aluminijum iz dubljih slojeva kreće se ka izloženoj tački i u dodiru sa kiseonikom ponovo formira zaštitni oksid, efektivno „zakrpivši” oštećenje bez ikakve spoljne intervencije.

Olovo

Postavlja se pitanje, naravno, razloga korišćenje olova u nekim reaktorima, pa stoga, hejdemo i da objasnimo. Reaktori hlađeni tečnim metalima su neki od reaktora koji se smatraju najperspektivnijim od reaktora takozvane četvrte generacije, prosto zbog činjenice da olovo kao medijum hlađenja ima neke izuzetne karakteristike pa zbog toga ovi reaktori imaju izuzetne karakteristike: veoma male dimenzije; mogućnost rada na atmosferskom pritisku; visoku efikasnost; olovo je odličan reflektor neutrona – a to inherentno povećava neutronsku ekonomiju dizajna; olovo je samo po sebi odlična zaštita od gama zračenja pa ujedno funkcioniše i kao biološki štit; olovo ne reaguje sa vodom (kao što je slučaj sa natrijumom) pa nema opasnosti od požara u slučajevima curenja; u vanrednim situacijama je moguće – zbog termičkih karakteristika olova – hlađenje prirodnom konvekcijom; olovo ima ekstremno visoku tačku ključanja, što praktično eliminiše opasnost od gubitka rashladne tečnosti; zbog termičkih karakteritika olova, reaktor takođe ima veliku toleranciju na temperaturne varijacije što ga čini bezbednim; olovo je veoma stabilno, i ostavlja veoma malo otpada posle rada (mada, kada se koristi eutektička mešavina olova i bizmuta, dolazi do proizvodnje polonijuma 210).

Ipak, ovi reaktori imaju i nekoliko inherentnih mana, od kojih je jedna gorepomenuta hemijska agresivnost olova na visokim temperaturama. Blykalin tehnološki proboj, tako, znači rešavanje jednog od najozbiljnijih problema sa kojima su se reaktori hlađeni tečnim olovom suočavali, mada ne i svih problema jer neki ostaju: proizvodnja polonijuma 210; opasnost od prelaska tečnosti za hlađenje u čvrsto agregatno stanje (takozvani “bricking”) i blokade reatora čime on postaje neoperativan; izuzetno velika specifičnu masa olova, što otežava cirkulaciju i slično.

Izvor: Nuklearna Perspektiva/Interesting Engineering