فولاد اصلاح‌شده با تنگستن، مواد هسته‌ای با فعال‌سازی کم را ارتقا می‌دهد.

با افزایش تقاضای جهانی برای انرژی پاک، انرژی هسته ای به عنوان یک راه حل قابل اعتماد و کارآمد در حال ظهور است.در یک پیشرفت بزرگ، محققان فولاد ضد زنگ austenitic را به عنوان یک تغییر دهنده بالقوه برای نسل بعدی مواد هسته ای شناسایی کرده اند.

بنیان و چالش های فولاد ضد زنگ استنیتی

فولاد ضد زنگ، یک آلیاژ مبتنی بر آهن که حاوی حداقل 10.5٪ کروم است، برای مدت طولانی به دلیل مقاومت در برابر خوردگی ارزش گذاری شده است.فولاد ضد زنگ آستنیتیک به دلیل ساختار مکعب محور آن بسیار مهم بوده است.، که دارای خواص مکانیکی عالی از جمله قدرت بالا، سفتی و انعطاف پذیری است.

این ویژگی ها آن را برای مقاومت در برابر شرایط شدید راکتور، دمای بالا، فشار شدید و تشعشعات قوی ایده آل می کند.قابلیت تولید و جوش قابل توجهی برای ساخت اجزای پیچیده راکتور دارد.

با این حال، فولاد ضد زنگ استنیتیک سنتی نوع 316 با چالش های قابل توجهی در محیط های هسته ای روبرو است.مولیبدن (Mo) و نیکل (Ni) در ترکیب آن در معرض تابش نوترون رادیواکتیو می شوند، ایجاد ایزوتوپ های رادیواکتیو با عمر طولانی که معضل تخلیه نیروگاه های هسته ای را پیچیده می کند.

تحقیقات روی راکتورهای آزمایش تولید سریع (FBTR) نشان داده است که هنگامی که تشعشع بیش از 80 dpa (تغییرات در هر اتم) باشد،تورم حفره­های میکروسکوپی که باعث گسترش مواد می­شوند، محدود کننده اصلی­ها می­شود.این پدیده به شدت بر ثبات ابعاد قطعات و عمر آنها تاثیر می گذارد.

وولفستم: عنصر بهبود دهنده عملکرد

وولفستم (W) ، یک عنصر قوی فریت تشکیل دهنده با خواص استثنایی، از جمله بالاترین نقطه ذوب از تمام فلزات، پتانسیل قابل توجهی برای بهبود عملکرد فولاد نشان داده است.مطالعات نشان می دهد که اضافه کردن ولفستم باعث افزایش سخت شدن فولاد و قدرت تولید می شود، اگر چه ممکن است طول کشایی و سختی ضربه را کاهش دهد اگر به درستی متعادل نباشد.

در فولادی که حاوی کربن است، وولفرمن کاربید هایی را تشکیل می دهد که مقاومت و سختی آن را افزایش می دهد.ولتفرمن کاربیدهای پیچیده ای را ایجاد می کند که ویژگی های مواد را بهبود می بخشد.

به طور خاص، وولفستم باعث انتشار کاربید ظریف تر از سایر عناصر آلیاژ می شود، که منجر به اصلاح میکروسروتکل می شود که به طور همزمان قدرت و سختی را افزایش می دهد.این باعث می شود که وولفستم به ویژه برای کاربردهای هسته ای که هر دو خاصیت حیاتی هستند، ارزشمند باشد..

علاوه بر پیشرفت های مکانیکی، وولفستم به طور قابل توجهی مقاومت در برابر سوراخ کردن، شکاف و خوردگی بین دانه ها را افزایش می دهد. عوامل حیاتی برای عملکرد طولانی مدت در محیط های هسته ای.از فولاد ضد زنگ دوگانه، وولفستم می تواند جایگزین مولیبدن شود در حالی که از تشکیل فاز سیگما مضر در هنگام جوش جلوگیری می کند.

فولاد اوتنیتیک اصلاح شده با وولفستم: آینده مواد هسته ای

مواد هسته ای نیاز به ترکیبی منحصر به فرد از خواص دارند: مقاومت مکانیکی عالی، مقاومت در برابر خوردگی، کاهش اشعه گاما، قابلیت اطمینان طولانی مدت، قابلیت تولید،و مقاومت در برابر آسیب تشعشعاتمواد محافظ سنتی مانند سرب و بتن چالش های وزن و حجم را ارائه می دهند که فولاد های اصلاح شده ولتفستم می توانند بر آن غلبه کنند.

این نوآوری در جایگزینی مولیبدن با وولفستم در فولاد ضد زنگ آستنیتیک 316 است، ایجاد یک ماده فعال کننده کم با قابلیت های محافظ گاما برتر است.این آلیاژ جدید چهار مزیت اصلی دارد:

1فعاليت رادیواکتيوي کم شده:قطعه قطعی فعال سازی نوترون پایین تر ونگستین به طور قابل توجهی رادیواکتیویتی طولانی مدت را کاهش می دهد و چالش های تخلیه را کاهش می دهد.

2. سپر گاما بهبود يافته:چگالی بالا و تعداد اتم ونگستین باعث جذب استثنایی اشعه گاما می شود و حفاظت از تشعشعات را بهبود می بخشد.

3خواص مکانیکی بهبود یافته:ونگستین قدرت و سختی را افزایش می دهد در حالی که ساختار دانه را برای حفظ سختی بهبود می بخشد.

4مقاومت در برابر خوردگی:ولتفستم مقاومت در برابر سوراخ کردن، شکاف و خوردگی بین دانه ها را افزایش می دهد و طول عمر را در شرایط سخت راکتور افزایش می دهد.

یافته های تحقیق و مسیرهای آینده

مطالعات تجربی با استفاده از ذوب محرک خلاء مزایای فولاد اصلاح شده ولفستم را نشان داده است. تجزیه و تحلیل میکروسروکتوری اندازه دانه های ظریف تر و توزیع کاربید بهبود یافته را نشان می دهد.در حالی که آزمایش های مکانیکی نشان می دهد افزایش بهره وری و مقاومت کششی بدون قربانی انعطاف پذیری.

آزمایش های خوردگی عملکرد استثنایی را در محیط های خنک کننده راکتور شبیه سازی شده تأیید می کنند.و اندازه گیری های ضخامت گاما نشان می دهد که توانایی محافظ به طور قابل توجهی در مقایسه با فولاد 316 معمولی بهبود یافته است..

تحقیقات آینده بر بهینه سازی توزیع وولفستم، مطالعه اثرات تشعشع و کشف کاربردهای ذخیره سازی سوخت مصرفی و ظروف زباله های هسته ای متمرکز خواهد بود.,فولاد ضد زنگ اوتستنیتیک اصلاح شده با وولفستم وعده می دهد که فناوری هسته ای را انقلابی کند و راه حل های انرژی ایمن تر و پایدارتری را برای آینده ارائه دهد.