ومع تزايد الطلب العالمي على الطاقة النظيفة، تظهر الطاقة النووية كحل موثوق وفعال. ومع ذلك، لا تزال المخاوف المتعلقة بالسلامة والبيئة تحديات كبيرة.في تطوير متطور، حدد الباحثون الفولاذ المقاوم للصدأ austenitic المعدل بالتونغستن كغير محتمل للعبة للمواد النووية من الجيل التالي.
الفولاذ المقاوم للصدأ ، وهو سبيكة على أساس الحديد تحتوي على 10.5٪ على الأقل من الكروم ، قد تم تقديرها منذ فترة طويلة لمقاومتها للتآكل.الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي كان مهماً بشكل خاص بسبب بنيته المكعبة التي تركز على الوجه، والتي توفر خصائص ميكانيكية ممتازة بما في ذلك القوة العالية والصلابة والمرونة.
هذه الخصائص تجعلها مثالية لتحمل ظروف المفاعل القاسية: درجات الحرارة العالية، والضغط الشديد، والإشعاع القوي.تتيح قابلية التصنيع واللحام المتفوقة لصناعة مكونات مفاعل معقدة.
ومع ذلك، فإن الفولاذ المقاوم للصدأ التقليدي من النوع 316 يواجه تحديات كبيرة في البيئات النووية.يصبح الموليبدينوم (Mo) والنيكل (Ni) في تكوينه مشع عندما يتعرض للإشعاع النيوتروني، وخلق نظائر مشعة طويلة العمر التي تعقد إيقاف تشغيل المحطات النووية.
أظهرت الأبحاث التي أجريت على مفاعلات اختبار التكاثر السريع (FBTR) أنه عندما يتجاوز الإشعاع 80 dpa (التحولات لكل ذرة) ،تورم الفراغ تشكيل فراغات مجهرية تسبب توسع المادة يصبح الحد الأساسيهذه الظاهرة تؤثر بشكل حاسم على استقرار الأبعاد والعمر الخدمي للمكون.
وقد أظهر التونغستين (W) ، وهو عنصر قوي يشكّل الفيريت وله خصائص استثنائية، بما في ذلك أعلى نقطة انصهار من جميع المعادن، إمكانات ملحوظة لتحسين أداء الصلب.تُظهر الدراسات أن إضافة التلفستين تزيد من صلابة الصلب وقوته، على الرغم من أنه قد يقلل من التمدد والصلابة عندما لا تكون متوازنة بشكل صحيح.
في الفولاذ المحتوى على الكربون، يشكّل التنغستين الكربيدات التي تعزز مقاومة الارتداء والصلابة. عندما يجمع مع عناصر أخرى تشكل الكربيدات مثل الموليبدينوم والكروم والفاناديوم،تولفستين يخلق الكربيدات المعقدة التي تحسن خصائص المواد.
ومن الجدير بالذكر أن التنغستن ينتج تشتيتًا أفضل من الكربيد من عناصر السبائك الأخرى ، مما يؤدي إلى تحسين ميكروهيكلي يزيد في نفس الوقت من القوة والصلابة.هذا يجعل التنغستن ذو قيمة خاصة للتطبيقات النووية حيث تكون كلتا الخصائص حاسمة.
وبالإضافة إلى التحسينات الميكانيكية، يزيد التنغستن بشكل كبير من مقاومة التآكل، والشقوق، والتآكل بين الحبيبات، وهي عوامل حاسمة للأداء طويل الأجل في البيئات النووية.في الفولاذ المقاوم للصدأ الثنائي، يمكن أن يحل التلفستين محل الموليبدينوم مع منع تكوين مرحلة سيغما ضارة أثناء اللحام.
المواد النووية تتطلب مزيجاً فريد من الخصائص: قوة ميكانيكية ممتازة، مقاومة للتآكل، تخفيف إشعاع غاما، موثوقية طويلة الأجل، قابلية التصنيع،ومقاومة الأضرار الإشعاعيةالمواد التقليدية للحماية مثل الرصاص والخرسانة تقدم تحديات الوزن والحجم التي يمكن أن تتغلب عليها الفولاذ المعدل بالتونغستن.
الابتكار يكمن في استبدال الموليبدينوم بالتونغستين في الفولاذ المقاوم للصدأ من النوع 316 ، مما يخلق مادة منخفضة التفعيل مع قدرات حماية غاما متفوقة.هذا السبائك الجديد يقدم أربع مزايا رئيسية:
1. التنشيط الإشعاعي المنخفض:يقلل قطع التنشيط النيوتروني السفلي للتنغستن بشكل كبير من النشاط الإشعاعي طويل الأجل ، مما يخفف من تحديات إيقاف التشغيل.
2. درع جاما محسنتوفر الكثافة العالية والعدد الذري للتنغستن امتصاصا استثنائيا لأشعة جاما، مما يحسن الحماية من الإشعاع.
3خصائص ميكانيكية محسنة:فولغستن يزيد من القوة والصلابة بينما يُحسن هيكل الحبوب للحفاظ على الصلابة.
4مقاومة التآكل الفائقة:يزيد التونغستين من مقاومة الحفر والشقوق والتآكل بين الحبيبات ، مما يطيل عمر الخدمة في ظروف المفاعل القاسية.
وقد أظهرت الدراسات التجريبية باستخدام الذوبان الحراري فوائد الصلب المعدل بالتونفستين. يظهر التحليل الميكروهيكلي أحجام الحبوب الدقيقة وتحسين توزيع الكربيد.في حين أن الاختبار الميكانيكي يظهر زيادة في العائد وقوة السحب دون التضحية بالمرونة.
اختبارات التآكل تؤكد أداءً استثنائيًا في بيئات سائل تبريد المفاعل المحاكاة.وتظهر قياسات إضعاف غاما قدرة محمية محسنة بشكل كبير مقارنة مع الصلب 316 التقليدي.
وسيركز البحث المستقبلي على تحسين توزيع التلفستين ودراسة آثار الإشعاع واستكشاف التطبيقات في تخزين الوقود المستهلك وحاويات النفايات النووية.,الفولاذ المقاوم للصدأ austenitic المعدل بالتونغستن يعد بإحداث ثورة في التكنولوجيا النووية، وتقديم حلول طاقة أكثر أماناً واستدامة للمستقبل.
