跳转到内容

铅铋合金

本页使用了标题或全文手工转换
维基百科,自由的百科全书

铅铋合金Lead-Bismuth Eutectic, LBE)是(44.5%)和(55.5%)的共晶合金。它用作一些反应堆的冷却剂,也是铅冷快堆的提议冷却剂,是第四代反应堆倡议的一个部分。它的熔点为123.5 °C/255.3 °F(纯铅的熔点为 327 °C/621 °F,纯铋的熔点为 271 °C/520 °F),沸点为1,670 °C/3,038 °F。

铋含量在30%到75%之间的铅铋合金,其熔点均低于200 °C/392 °F。铋含量在48%到63%之间的铅铋合金,其熔点低于150 °C/302 °F。[1]铅熔化时会稍微膨胀,铋熔化时会稍微收缩,而铅铋合金熔化时的体积变化微不足道。

历史

[编辑]

在整个冷战期间,苏联705型核潜艇使用铅铋合金作为核反应堆的冷却剂。[2]

俄罗斯人是公认的铅铋冷却反应堆专家,液压机实验设计局英语OKB GidropressVVER型英语VVER reactor轻水反应堆的俄罗斯研发公司)在它们的发展这一方面具有特殊的专业知识。SVBR-75/100反应堆是这类型的现代设计,是俄罗斯人在这技术上的广博经验的一个例子。[3]

洛斯阿拉莫斯国家实验室有联系的美国公司Gen4 Energy英语Gen4 Energy(旧称Hyperion Power Generation, Inc.),在2008年宣布设计并部署以氮化铀为燃料的小型模块化反应堆。它们用铅铋合金冷却,以进行商业发电、区域供暖海水淡化。提议的反应堆称为第四代模组,计划为70 MW的密封模块化反应堆,首先在工厂里组装,然后运输到现场以便安装,最后运回工厂添加燃料。[4]

优点

[编辑]

基液态金属冷却剂,如液态钠和钠钾合金(NaK)等相比,铅基冷却剂沸点较高,因此反应堆在高温下运行时,就不用担心冷却剂沸腾。这可以提升反应堆的热效率,并且可以通过热化学过程氢气的生产英语Hydrogen production

铅与铅铋合金不会容易与水和空气反应。钠和钠钾合金反之,它们会在空气中自燃,可以和水发生爆炸性反应。因此,以铅或铅铋合金为冷却剂的反应堆,不像以钠或钠钾合金为冷却剂的反应堆一样,不需要中间冷却剂回路,从而减少兴建核电厂的投资资金。

铅和铋都是良好的辐射屏蔽物英语radiation shield,它们可以阻挡γ辐射,也几乎不受中子影响。相反,钠受到强烈的中子辐射后会形成强大的γ辐射体钠-24半衰期15小时),所以基本冷却回路需要强有力的辐射屏蔽物。

铅和铋作为较重的原子核,可以用作非裂变中子生产的散裂目标,如在放射性废物的加速嬗变。(参见能量放大器英语Energy amplifier,一种核反应堆)

另一个优点是,铅基和钠基冷却剂的沸点比水的高。因此,即使在高温下也无需将反应器加压。这可以提升反应堆的安全性,因为它大幅减少发生冷却剂流失事故的机会。它也可以用来制作被动安全英语Passive nuclear safety设计。

限制

[编辑]

铅和铅铋合金对腐蚀性较钠的高,出于安全考虑,这对流过反应堆的冷却剂的流速设置了上限。此外,铅和铅铋合金熔点高(铅:327 °C,铋:123.5 °C),所以反应堆在低温下运行时,冷却剂的凝固可能会构成更大的问题。

最后,铋-209(用于铅铋合金冷却剂中的铋的主要稳定同位素)一旦受到中子辐射,就会经过中子捕获以及后来发生的β衰变,形成钋-210。钋-210是一种强大的α辐射体。在更换核燃料和处理与铅铋合金接触的组件时,如果出现在冷却剂,就需要特别的预防措施以控制放射性污染[5]

参见

[编辑]

参考资料

[编辑]
  1. ^ http://www.nea.fr/html/science/reports/2007/pdf/chapter2.pdf页面存档备份,存于互联网档案馆) Handbook on Lead-bismuth Eutectic Alloy and Lead Properties
  2. ^ Bugreev, M. I. Assessment of Spent Fuel of Alfa Class Nuclear Submarines. MRS Proceedings. 2002, 713. doi:10.1557/PROC-713-JJ11.61. 
  3. ^ Zrodnikov, A. V.; Grigoriev, O. G.; Chitaykin, V. I.; Dedoul, A. V.; Gromov, B. F.; Toshinsky, G. I.; Dragunov, Yu. G. Multipurposed small fast reactor SVBR-75/100 cooled by plumbum-bismuth. Power Reactors and Sub-Critical Blanket Systems with Lead and Lead-Bismuth as Coolant and/or Target Material (PDF). IAEA TECDOC 1348. Vienna, Austria: International Atomic Energy Agency. May 2003: 117–132 [2009-12-04]. ISBN 92-0-101503-8. (原始内容存档 (PDF)于2021-11-17). 
  4. ^ The Gen4 Module, Safety & Security. [25 Jun 2012]. (原始内容存档于2012-07-01). 
  5. ^ Long-lived radionuclides of sodium, lead-bismuth, and lead coolants in fast-neutron reactors.