원자로에서 지르코늄의 사용

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지르코늄은 은회색 전이 금속입니다. 그것은 매우 가단성이며 높은 연성을 가지며 안정적인 화합물을 형성합니다. 지르코늄 합금은 다양한 분야와 다양한 방식으로 적용되고 사용되었습니다. 주요 매력적인 특성 중 하나는 부식에 강하다는 것입니다.

부식성이 높은 환경에서 사용됩니다. 지르코늄 재료는 파이프, 열교환기, 부속품 등에 사용됩니다. 지르코늄은 또한 강철 합금, 유색 유약, 벽돌, 세라믹, 연마재, 램프 필라멘트, 인공 보석 등에 사용됩니다. 지르코늄은 또한 촉매 변환기, 용광로 벽돌, 실험실 도가니, 수술 기구, 텔레비전 유리 등.

이 기사에서는 원자로에 지르코늄을 적용하는 방법에 대해 설명합니다.
지르코늄 합금은 우수한 특성을 가지며 핵연료 피복관 및 원자로 건설에 사용되는 기타 구조 재료로 사용됩니다.

지르코늄 처리

지르코늄은 일반적으로 다른 원소, 특히 멘델레예프의 표에서 하부 행에 해당하는 하프늄과 함께 존재합니다. 대부분의 지르코늄 광석에는 1.5~2.5%의 하프늄이 포함되어 있습니다.

하프늄은 열 중성자 포집 단면적이 높기 때문에 핵 분야에 사용하기 전에 지르코늄 광석에서 제거해야 합니다.
지르코늄 합금 산업용 부품의 가공은 산소와의 반응성 때문에 다소 복잡합니다.

지르코늄 합금

핵 등급 지르코늄 합금의 조성은 95%가 지르코늄으로 구성되어 있으며 2% 미만이 주석, 철, 크롬, 니켈 및 기타 금속으로 구성되어 있습니다. 이러한 금속은 합금의 내식성을 향상시키고 기계적 강도를 향상시키기 위해 첨가됩니다.

피복 재료로 지르코늄 합금 사용

지르코늄은 원자로의 피복재로 사용됩니다. 이것은 원자로에 동력을 공급하는 데 사용되는 원통형 연료봉을 덮는 역할을 합니다. 일반적으로 지르코늄 피복재는 산화우라늄 펠릿 또는 기타 핵분열성 물질로 포장됩니다.
연료 클래딩은 연료봉의 외부 부분을 말합니다. 그것은 일반적으로 원자로 냉각제와 핵연료 사이에 있습니다. 지르코늄은 핵분열 반응 중에 빠져나가는 경향이 있는 몇 개의 전자를 쉽게 흡수할 수 있는 능력 때문에 대부분의 원자로에서 최고의 선택 금속입니다. 또한 내화학성 및 열 부식성이 높기 때문에 사용됩니다. 지르코늄은 열 중성자의 흡수 단면적이 매우 낮습니다.

지르코늄 합금은 그 특성으로 인해 클래딩에 사용됩니다. 이것은 방사성 핵분열 생성물이 연료 매트릭스를 떠나 원자로 냉각재로 빠져나가 이를 오염시키는 것을 방지합니다. 지르코늄은 냉각 능력 때문에 피복재로 좋은 금속으로 사용됩니다.

원자로는 중성자 흡수가 낮은 재료로 건설해야 합니다. 반응에 의해 생성된 많은 수의 중성자는 수백 개의 연료봉 내부에 갇힌 모든 핵연료와 동시에 쉽게 상호작용할 수 있어야 하기 때문입니다. 이렇게 하면 원자로의 코어 내부에서 필요한 연쇄 반응이 지속되도록 합니다.

지르코늄과 주석, 철, 니켈, 크롬 등의 다른 금속과 합금한 지르코늄 피복재는 원자력 발전소의 연료봉에 사용되며, 군용 원자로에서.

수냉식 원자로에서 지르코늄 합금 사용

지르코늄 합금이 수냉식 원자로에서 유효하게 유지되는 최고 온도는 부식 저항성에 의해 결정됩니다. 주 합금 원소로 주석을 포함하는 지르칼로이와 같은 지르코늄 합금은 주석의 존재로 인해 높은 기계적 특성을 갖는다. 지르칼로이는 주로 세계 여러 지역의 원자로에 사용됩니다.

지르코늄 합금의 산화

원자력 산업에서는 지르코늄 합금의 산화 과정과 원자력 사고 시 지르코늄과 연료 및 증기의 반응을 연구했습니다. 800k 이하 범위의 온도에서 지르코늄 합금의 산화에 대해 다른 보고가 있었습니다.
물은 300°C의 온도에서 지르코늄과 결합하여 금속을 산화시켜 금속 표면에 고체 산화물을 형성합니다. 산화 속도는 산소 압력 또는 수증기에 따라 다릅니다.

클래딩으로 지르코늄 사용의 중요성

지르코늄의 주요 용도 중 하나는 원자로의 피복재입니다. 피복재로서의 지르코늄은 핵분열 생성물이 핵연료 매트릭스에서 원자로 냉각재로 빠져나가는 것을 방지하여 오염을 유발합니다.
피복재가 없으면 연료봉이 누출될 수 있습니다. 이것은 다음으로 이어질 것입니다:
● 크세논, 요오드 또는 크립톤과 같은 안정하고 방사성 핵분열 생성물이 1차 회로로 이동합니다.
● 세슘, 스트론튬, 테크네튬과 같은 장수명 동위원소가 1차 회로에 침착될 수 있습니다.
● 회로의 전체 조사 수준을 높입니다.

일반적으로 지르코늄 합금은 높은 연료 연소율과 낮은 고장률을 허용하여 연료 성능을 개선하는 데 도움이 되기 때문에 원자력 시장에서 여전히 관련성이 있습니다. 지르코늄 합금은 물과 원자로의 핵연료봉 피복재로 최고의 선택으로 남을 것입니다. 이는 부식에 대한 저항이 높고 열 중성자의 포획 단면적이 낮기 때문입니다.