เครื่องปฏิกรณ์แบบโมดูลาร์ขนาดเล็ก (SMR) และโลหะผสมนิกเกิล: วัสดุสำหรับนิวเคลียร์ยุคต่อไป-

เครื่องปฏิกรณ์แบบโมดูลาร์ขนาดเล็ก (SMR) ไม่เพียงแต่ลดขนาด-เครื่องปฏิกรณ์น้ำแรงดันธรรมดา-ลงเท่านั้น การออกแบบขั้นสูงหลายแบบใช้ความร้อนมากกว่า ใช้สารหล่อเย็น - ฮีเลียม โซเดียมเหลว หรือเกลือฟลูออไรด์หลอมเหลว แทนการใช้น้ำแรงดันสูง - และกำหนดเป้าหมายอายุการใช้งานและรอบการทำงานที่ผลักวัสดุโครงสร้างได้เกินกว่าอุณหภูมิและขอบเขตการกัดกร่อนที่สเตนเลสเกรดนิวเคลียร์-ทั่วไปมีคุณสมบัติเหมาะสม

โลหะผสมที่มีนิกเกิล-เป็นตระกูลวัสดุที่อยู่ในตำแหน่งที่ดีที่สุดในการปิดช่องว่างนั้น และพวกมันปรากฏอยู่ในห่วงโซ่อุปทานของเครื่องปฏิกรณ์ขั้นสูงแล้ว: เป็นท่อเครื่องกำเนิดไอน้ำใน SMR น้ำเบา- เป็นวัสดุแลกเปลี่ยนความร้อนระดับกลางในการออกแบบระบายความร้อนด้วยแก๊ส- และเป็นวัสดุทางเลือกหลัก-ลูปในแนวคิดระบายความร้อนด้วยเกลือ- คู่มือนี้จะอธิบายว่าเหตุใดโลหะผสมนิกเกิลจึงมีความสำคัญสำหรับ SMR โดยเกรดใดที่ผ่านการรับรองรหัสแล้ว-แต่ยังอยู่ในระหว่างการพัฒนา และวิธีคิดเกี่ยวกับการเลือกใช้วัสดุในประเภทเทคโนโลยี SMR ต่างๆ

เครื่องปฏิกรณ์แบบโมดูลาร์ขนาดเล็กคืออะไร และเหตุใดความต้องการวัสดุจึงแตกต่างจากเครื่องปฏิกรณ์ทั่วไป

SMR ครอบคลุมประเภทเครื่องปฏิกรณ์ที่แตกต่างกันหลายประเภทโดยมีสารหล่อเย็นและอุณหภูมิในการทำงานที่แตกต่างกันมาก และความหลากหลาย - ไม่ใช่แค่ขนาดที่เล็กกว่า - เท่านั้นที่ขับเคลื่อนบทบาทที่ขยายออกไปสำหรับโลหะผสมนิกเกิล

"SMR" หมายถึงเครื่องปฏิกรณ์แบบโมดูลาร์ที่ประดิษฐ์ขึ้นโดยโรงงาน-โดยทั่วไปต่ำกว่า 300 MWe แต่คำนี้ครอบคลุมถึงเทคโนโลยีพื้นฐานที่แตกต่างกันหลายประการ SMR น้ำเบา- (เช่น การออกแบบของ NuScale และ BWRX- 300 ของ GE Hitachi ใช้สารเคมีหล่อเย็นที่มีแรงดันหรือน้ำเดือดแบบเดียวกับเครื่องปฏิกรณ์ขนาดใหญ่ทั่วไป และทำงานในช่วงอุณหภูมิที่ใกล้เคียงกัน ดังนั้นจึงพึ่งพาเหล็กสแตนเลสเกรดนิวเคลียร์-และเหล็กโลหะผสมต่ำ-อย่างมาก โดยมีโลหะผสมนิกเกิลที่สงวนไว้สำหรับส่วนประกอบที่ใช้งานหนักเฉพาะ เช่น ท่อเครื่องกำเนิดไอน้ำ

เครื่องปฏิกรณ์ระบายความร้อนด้วยแก๊สอุณหภูมิสูง-}หรือ HTGR (เช่น X-Xe ของพลังงาน X-100) ใช้สารหล่อเย็นฮีเลียมและเชื้อเพลิงอนุภาค TRISO และกำหนดเป้าหมายอุณหภูมิทางออกที่สูงขึ้นมากเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพเชิงความร้อนและเปิดใช้งานการใช้ความร้อนในกระบวนการอุตสาหกรรม เครื่องปฏิกรณ์เร็วแบบเย็นด้วยโซเดียม- (เช่น การออกแบบ Natrium ของ TerraPower) ใช้สารหล่อเย็นโลหะเหลวที่อุณหภูมิปานกลาง-ถึง-สูงและความดันต่ำ เครื่องปฏิกรณ์-เกลือ-ฟลูออไรด์ที่ระบายความร้อนด้วยอุณหภูมิสูง หรือ FHR (เช่น การออกแบบ Hermes ของ Kairos Power) จะหมุนเวียนเกลือฟลูออไรด์หลอมเหลวเป็นสารหล่อเย็นรอบๆ เชื้อเพลิงก้อนกรวด TRISO ที่เป็นของแข็ง ในขณะที่เครื่องปฏิกรณ์เกลือหลอมเหลวจริงจะละลายเชื้อเพลิงโดยตรงในเกลือที่หมุนเวียน แต่ละประเภทจะมีการผสมผสานระหว่างอุณหภูมิ เคมีของสารหล่อเย็น และสภาพแวดล้อมของนิวตรอนที่แตกต่างกันบนวัสดุโครงสร้าง

ตารางที่ 1. คลาสเทคโนโลยี SMR ที่เป็นตัวแทน อุณหภูมิในการทำงานโดยประมาณ และการออกแบบตัวอย่าง ตัวเลขต่างๆ ได้รับการสรุปโดยประเภทเครื่องปฏิกรณ์เพื่อเป็นภาพประกอบ การออกแบบของผู้จำหน่ายเฉพาะรายจะแตกต่างกันไป และข้อกำหนดอย่างเป็นทางการควรได้รับการยืนยันจากผู้จำหน่ายปัจจุบันและเอกสารด้านกฎระเบียบ

เหตุใดเครื่องปฏิกรณ์ขั้นสูงจึงต้องการโลหะผสมนิกเกิลแทนเหล็กกล้าไร้สนิมมาตรฐาน

สเตนเลสเกรดออสเทนนิติกนิวเคลียร์-แบบธรรมดาสูญเสียความแข็งแรงของการคืบและความต้านทานต่อออกซิเดชันมากเกินไปที่สูงกว่าประมาณ 550–650 องศา เป็นเวลาหลาย-ทศวรรษที่การออกแบบเครื่องปฏิกรณ์ขั้นสูงต้องการสำหรับการออกแบบเครื่องปฏิกรณ์ขั้นสูง และโลหะผสมนิกเกิลขยายการบริการโครงสร้างที่ใช้งานได้อีกในช่วง 700–950 องศาที่ HTGR และการออกแบบระบายความร้อนด้วยเกลือบางส่วน- ต้องการ

ภายใต้รหัสหม้อไอน้ำและภาชนะรับความดัน ASME ส่วนที่ 3 ส่วนที่ 5 ควบคุมการสร้างส่วนประกอบนิวเคลียร์อุณหภูมิสูง-กับสารหล่อเย็นของเครื่องปฏิกรณ์ขั้นสูงทุกประเภท เป็นเวลาหลายทศวรรษมาแล้วที่มีวัสดุเพียงห้าชนิดเท่านั้นที่มีคุณสมบัติเหมาะสมสำหรับบริการนี้ ได้แก่ เหล็กกล้าเฟอร์ริติก 2.25Cr-1Mo และวานาเดียม-ดัดแปลง 9Cr-1Mo, สเตนเลสออสเทนนิติกประเภท 304H และ 316H และโลหะผสมนิกเกิลออสเทนนิติกสูง-800H ในจำนวนนี้ มีเพียง Alloy 800H เท่านั้นที่ได้รับการจัดอันดับสำหรับการออกแบบที่มีอุณหภูมิสูงอย่างแท้จริง และมีการคืบคลานเล็กน้อย โดยเข้าใกล้ 760 องศาขึ้นไป

ที่สูงกว่าประมาณ 550–650 องศา ความเค้นในการออกแบบที่อนุญาตของสแตนเลส 304H/316H มาตรฐานจะลดลงอย่างรวดเร็วเนื่องจากเวลา-การเปลี่ยนรูปแบบการคืบขึ้นอยู่กับเวลา - ไม่ใช่ระยะสั้น-ผลผลิตหรือความต้านทานแรงดึงในระยะยาว - จะกลายเป็นโหมดความล้มเหลวที่ควบคุม และระดับโครเมียม-ออกไซด์ของสแตนเลสก็มีการป้องกันน้อยลงใน-สภาพแวดล้อมที่มีฮีเลียมหรือเกลือที่มีอุณหภูมิสูง โลหะผสมนิกเกิล เช่น Alloy 617 แก้ปัญหาทั้งสองได้: ปริมาณนิกเกิลที่สูงขึ้นช่วยเพิ่มความต้านทานต่อการคืบคลานและบรรยากาศที่มีคาร์บูไรซิ่ง/ออกซิไดซ์ ขยายอุณหภูมิการออกแบบที่ผ่านการรับรองได้สูงถึงประมาณ 954 องศา (1,750 องศา F) ภายใต้กรณีรหัส ASME ปี 2019

โลหะผสมนิกเกิลใดบ้างที่มีคุณสมบัติหรืออยู่ระหว่างการประเมินสำหรับการก่อสร้างเครื่องปฏิกรณ์ขั้นสูง

ปัจจุบันอัลลอยด์ 800H เป็นวัสดุนิกเกิล-เพียงชนิดเดียวที่มีคุณสมบัติ ASME Section III, Division 5 ที่มีคุณสมบัติครบถ้วนและมีมายาวนาน Alloy 617 ได้รับการเพิ่มผ่านเคสโค้ดเฉพาะสองกรณี ในขณะที่ Alloy 690, Hastelloy N, GH3535 และ Alloy 709 ต่างก็มีบทบาทแต่อยู่ในขั้นตอนที่แตกต่างกันของเส้นทางการรับรอง

ตารางที่ 2. โลหะผสมนิกเกิล-แบริ่งและนิกเกิล-ที่อยู่ติดกันที่เกี่ยวข้องกับการสร้างเครื่องปฏิกรณ์ขั้นสูง องค์ประกอบโดยประมาณ และสถานะคุณสมบัติตามรหัสสหรัฐฯ ในปัจจุบัน- หมายเลขกรณีรหัส ขีดจำกัดอุณหภูมิ และสถานะคุณสมบัติควรได้รับการตรวจสอบเทียบกับ ASME BPVC มาตรา III ฉบับที่ 5 ฉบับปัจจุบันและกรณีรหัสที่เกี่ยวข้องที่มีผลบังคับใช้

โลหะผสมนิกเกิลทำงานอย่างไรในสภาพแวดล้อมเครื่องปฏิกรณ์เกลือหลอมเหลว

โลหะผสมนิกเกิล-โมลิบดีนัม-โครเมียม เช่น Hastelloy N และ GH3535 ต้านทานการกัดกร่อนของเกลือฟลูออไรด์ที่หลอมละลายได้ดีกว่าเหล็กกล้าไร้สนิมมาก เนื่องจากปริมาณโครเมียมที่ต่ำจะจำกัดวิถีการกัดกร่อนที่โดดเด่น - โครเมียมที่ชะล้างจากขอบเขตของเมล็ดพืชไปเป็นเกลือ - ในขณะที่การเติมโมลิบดีนัมจะรักษาความแข็งแกร่งของอุณหภูมิสูง-ไว้

เกลือฟลูออไรด์ที่หลอมละลาย เช่น FLiBe (ลิเธียมฟลูออไรด์–เบริลเลียมฟลูออไรด์) และ FLiNaK (ลิเธียม–โซเดียม–โพแทสเซียมฟลูออไรด์) เป็นสารหล่อเย็นของเครื่องปฏิกรณ์ที่น่าสนใจ เนื่องจากมีการดูดซึมนิวตรอนต่ำ ความจุความร้อนเชิงปริมาตรสูง และแรงดันใช้งานต่ำ แต่ยังมีฤทธิ์รุนแรงทางเคมีต่อโลหะผสมโครงสร้างส่วนใหญ่อีกด้วย กลไกการย่อยสลายที่โดดเด่นไม่ใช่การโจมตีที่พื้นผิวทั่วไป แต่เป็นการเลือกการชะโครเมียมจากขอบเขตของเมล็ดพืชลงในเกลือ ซึ่งขับเคลื่อนโดยศักยภาพรีดอกซ์ของเกลือ สิ่งนี้อาจทำให้ชั้นใต้ผิวดินที่มีโครเมียม-หมดสิ้นลง และภายใต้ความเค้นที่ใช้ จะส่งเสริมการกัดกร่อนตามขอบเกรน-ซึ่งช่วยทำให้เกิดการแตกร้าว

Hastelloy N ได้รับการออกแบบตามวัตถุประสงค์-ที่ห้องปฏิบัติการแห่งชาติโอ๊คริดจ์ในช่วงทศวรรษปี 1950-60 โดยเฉพาะเพื่อต้านทานกลไกนี้สำหรับการทดลองเครื่องปฏิกรณ์เกลือหลอมเหลว และ - ดังกล่าว - พร้อมกับ GH3535 ที่มีองค์ประกอบคล้ายคลึงกันของจีน ซึ่งใช้ในโปรแกรมทดสอบ-เครื่องปฏิกรณ์เกลือหลอมทอเรียมของประเทศนั้น - ยังคงเป็นตระกูลโลหะผสมโครงสร้างชั้นนำสำหรับ แนวคิดเกี่ยวกับเครื่องปฏิกรณ์ระบายความร้อนด้วยฟลูออไรด์-เกลือ- เนื่องจากโลหะผสมเหล่านี้ยังไม่ผ่านเส้นทางการรับรอง ASME ส่วนที่ 3 ส่วนที่ 5 ในสหรัฐอเมริกา นักพัฒนาที่ดำเนินการตาม-การออกแบบ FHR และ MSR ในระยะใกล้ โดยทั่วไปจะวางแผนสำหรับกรณีรหัสวัสดุเฉพาะ ซึ่งได้รับการสนับสนุนจากการกัดกร่อนในระยะเวลานาน-และข้อมูลการทดสอบทางกล ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของกลยุทธ์การออกใบอนุญาตโดยรวม

โลหะผสมนิกเกิลทำงานในเครื่องปฏิกรณ์ก๊าซที่มีอุณหภูมิสูง-ฮีเลียม{0}}เย็นและมีอุณหภูมิสูงอย่างไร

อัลลอยด์ 617 และอัลลอย 800H เป็นโลหะผสมนิกเกิลชั้นนำสำหรับบริการ HTGR เนื่องจากทั้งสองสร้างชั้นโครเมียมออกไซด์ที่เสถียรและป้องกันได้-ในฮีเลียม และรักษาความแข็งแรงของการคืบที่เป็นประโยชน์ไว้ได้ดีกว่าขีดจำกัดของเหล็กกล้าไร้สนิม แม้ว่าทั้งสองจะยังคงเสี่ยงต่อการเกิดคาร์บูไรเซชันหรือการแยกคาร์บอนออกช้าหากสารหล่อเย็นฮีเลียมมีสิ่งเจือปนเล็กน้อย

สารหล่อเย็นฮีเลียมในการผลิตใน HTGR ไม่เคยมีความบริสุทธิ์อย่างสมบูรณ์ - ระดับเล็กน้อยของคาร์บอนมอนอกไซด์ ไฮโดรเจน มีเธน และความชื้นเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้จากเชื้อเพลิง กราไฟต์ และการปล่อยก๊าซของระบบ - และสิ่งสกปรกเหล่านี้สามารถขับเคลื่อนการเกิดคาร์บูไรเซชัน (การดูดซับคาร์บอนซึ่งทำให้โลหะผสมเปราะ) หรือการสลายตัวของคาร์บอน (การสูญเสียคาร์บอนซึ่งทำให้โลหะผสมอ่อนลง) ขึ้นอยู่กับความสมดุลของสิ่งเจือปนและอุณหภูมิในท้องถิ่น Alloy 800H มีประวัติการดำเนินงานมาหลายทศวรรษในสภาพแวดล้อมนี้ รวมถึงในโรงงานสาธิต HTGR ในยุคแรกๆ และยังคงเป็นหนึ่งในห้าวัสดุดั้งเดิมที่ผ่านการรับรอง ASME Section III, Division 5

ล้อแม็ก 617 มีลักษณะเฉพาะอย่างกว้างขวางตั้งแต่ช่วงกลาง-ยุค 2000 ในฐานะตัวเลือกชั้นนำสำหรับเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนระดับกลาง (IHX) - ส่วนประกอบที่ถ่ายเทความร้อนจากลูปฮีเลียมหลักไปยังกระบวนการรอง - เนื่องจากมีการรวมความแข็งแกร่งของอุณหภูมิที่สูงขึ้น-สูงกว่าล้อแม็ก 800H ด้วยความเสถียรต่อสภาพแวดล้อมของฮีเลียมที่เพียงพอ ซึ่งถึงจุดสูงสุดใน ASME Code Case N-898 ซึ่งขยายคุณสมบัติ โครงสร้างโลหะผสม 617 สูงถึง 954 องศา (1,750 องศา F)

Alloy 690 มีบทบาทอย่างไรใน SMR ที่ใช้แสง-น้ำ-

Alloy 690 เป็นเครื่องกำเนิดไอน้ำมาตรฐานและวัสดุท่อแลกเปลี่ยนความร้อน-สำหรับน้ำเบา-ที่ออกแบบโดย SMR เนื่องจากมีความทนทานสูงต่อการกัดกร่อนจากการกัดกร่อนที่เกิดจากความเครียดจากน้ำปฐมภูมิ (PWSCC) ซึ่งเป็นโหมดความล้มเหลวที่ผลักดันอุตสาหกรรมนิวเคลียร์ให้ถอยห่างจาก Alloy 600 รุ่นก่อน ซึ่งเริ่มต้นในทศวรรษ 1980-2000

SMR น้ำเบา- เช่น การออกแบบของ NuScale และ BWRX-300 ของ GE Hitachi สืบทอดวัสดุพื้นฐานส่วนใหญ่โดยตรงจากเครื่องปฏิกรณ์ขนาดใหญ่-กลุ่มเครื่องปฏิกรณ์ขนาดใหญ่ที่ใช้แรงดันและน้ำเดือด รวมถึงการพึ่งพา Alloy 690 ไม่ว่าโลหะผสมนิกเกิล-โครเมียม-ของท่อเหล็กจะสัมผัสกับน้ำปฐมภูมิ-ความบริสุทธิ์สูง-ที่มีอุณหภูมิสูงภายใต้ ความเค้นตกค้างจากการดัดงอหรือการขยายตัว อัลลอยด์ 600 ที่ใช้ในโรงงานก่อนหน้านี้ ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าไวต่อ PWSCC ที่ขอบเขตของธัญพืชภายใต้การบริการระยะยาว- ซึ่งนำไปสู่การเปลี่ยนเครื่องกำเนิดไอน้ำที่มีราคาแพงทั่วทั้งอุตสาหกรรม

ปริมาณโครเมียมที่สูงขึ้นอย่างมากของ Alloy 690 ส่งเสริมฟิล์มออกไซด์ป้องกันที่เสถียรและต่อเนื่องมากขึ้นภายใต้เคมีของน้ำและสภาวะความเครียดเดียวกัน ทำให้มีความต้านทานการแตกร้าวได้ดีขึ้นอย่างเห็นได้ชัดในทศวรรษของประสบการณ์การทำงานที่ตามมา เนื่องจาก SMR น้ำ-แสงทำงานในอุณหภูมิและน้ำ-ซองเคมีเดียวกันกับกลุ่ม PWR ทั่วไป ท่ออัลลอยด์ 690 จึงถือเป็นวัสดุที่ผ่านการรับรองและรหัส-ที่ยอมรับ แทนที่จะต้องการงานตรวจสอบคุณสมบัติอุณหภูมิสูง-ใหม่ในรูปแบบ HTGR และการออกแบบระบายความร้อนด้วยเกลือ-ที่ยังคงต้องการ

กลไกการย่อยสลายที่สำคัญของโลหะผสมนิกเกิลต้องต้านทานในบริการ SMR คืออะไร

กลไกการย่อยสลายที่โดดเด่นจะแตกต่างกันไปตามสารหล่อเย็น: การคืบคลานและฮีเลียม-การเติมคาร์บูไรเซชันของสารเจือปนจะควบคุมการออกแบบที่ระบายความร้อนด้วยแก๊ส- การชะล้างด้วยโครเมียมจะควบคุมการออกแบบเกลือที่หลอมเหลว- การแตกร้าวของการกัดกร่อนที่เกิดจากความเครียดจากน้ำปฐมภูมิจะควบคุมการออกแบบแสง-การออกแบบน้ำ และการแผ่รังสี-การเกิดการเปราะของฮีเลียมที่เหนี่ยวนำให้เกิดเป็นการตัดขวาง- ความกังวลสำหรับโลหะผสมนิกเกิลใดๆ ที่ใช้ในระดับสูง ตำแหน่งการไหลของนิวตรอน

ตารางที่ 3. กลไกการย่อยสลายหลัก โลหะผสมนิกเกิลต้องต้านทานข้ามประเภทสารหล่อเย็น SMR และการออกแบบเบื้องต้นหรือการบรรเทาทางโลหะวิทยาที่ใช้ในการปฏิบัติงานปัจจุบัน

ASME ส่วนที่ 3 ส่วนที่ 5 มีคุณสมบัติอย่างไรสำหรับวัสดุใหม่สำหรับการใช้เครื่องปฏิกรณ์ขั้นสูง

วัสดุโครงสร้างนิวเคลียร์ใหม่ย้ายจากผู้สมัครไปสู่สถานะที่ผ่านการรับรองผ่านกระบวนการกรณีรหัส ASME อย่างเป็นทางการ-ที่ต้องใช้แพ็คเกจข้อมูลจำนวนมากหลาย- ปีเกี่ยวกับพฤติกรรมการคืบ แรงดึง และความล้าตลอดช่วงอุณหภูมิการใช้งานที่ต้องการ ได้รับการตรวจสอบและลงคะแนนโดยคณะอนุกรรมการ ASME ที่เกี่ยวข้องก่อนจึงจะสามารถนำไปใช้ในการก่อสร้างที่ได้รับอนุญาต

ASME ส่วนที่ 3 ส่วนที่ 5 ได้รับการเผยแพร่เพื่อรวมกฎการสร้างนิวเคลียร์อุณหภูมิสูง-สำหรับสารหล่อเย็นของเครื่องปฏิกรณ์ขั้นสูงทุกประเภทไว้ภายใต้แผนกเดียว โดยต่อยอดจากวิธีการออกแบบที่เดิมพัฒนาขึ้นสำหรับเครื่องปฏิกรณ์แบบระบายความร้อนด้วยโซเดียม- การเพิ่มวัสดุใหม่ - ตามที่เกิดขึ้นสำหรับ Alloy 617 - กำหนดให้ผู้ผลิตวัสดุหรือกลุ่มอุตสาหกรรมต้องประกอบแพ็คเกจข้อมูลการออกแบบคลาส A ซึ่งครอบคลุมคุณสมบัติแรงดึงและการคืบ-คุณสมบัติการแตกร้าวตลอดช่วงอุณหภูมิที่ต้องการ เส้นโค้งความเครียดแบบไอโซโครนัส-สำหรับการออกแบบที่อุณหภูมิสูง- ข้อมูลปฏิกิริยาระหว่างความล้าและการคืบ{9}} และข้อมูลความสามารถในการเชื่อม ทั้งหมดนี้พัฒนาขึ้นตามรหัส "แนวทางความต้องการข้อมูลการออกแบบสำหรับวัสดุใหม่"

คณะกรรมการหม้อไอน้ำและภาชนะรับความดันของ ASME จะตรวจสอบและลงคะแนนเสียงแพ็คเกจนี้ก่อนที่จะเผยแพร่กรณีโค้ดอย่างเป็นทางการ กรณีรหัส Alloy 617 ใช้เวลาอธิบายลักษณะเฉพาะประมาณหนึ่งทศวรรษ แม้ว่า ASME ได้ปรับปรุงวงจรการทบทวนสำหรับเนื้อหาที่ตามมาตามบทเรียนที่ได้เรียนรู้แล้วก็ตาม กระบวนการนี้เป็นเหตุผลหลักที่ทำให้โลหะผสมนิกเกิลที่มีโครงสร้างมีแนวโน้มดี เช่น Hastelloy N ยังคงเป็นตัวเลือกแทนที่จะเป็นวัสดุที่มีคุณสมบัติเหมาะสมสำหรับการก่อสร้างที่ได้รับใบอนุญาตจากสหรัฐอเมริกา แม้ว่าจะมีการศึกษาการกัดกร่อนและพฤติกรรมทางกลของพวกมันมานานหลายทศวรรษแล้วก็ตาม

คุณควรระบุโลหะผสมนิกเกิลชนิดใดสำหรับส่วนประกอบเครื่องปฏิกรณ์ขั้นสูงของคุณ

จับคู่โลหะผสมกับเคมีหล่อเย็นที่ใช้ควบคุมและอุณหภูมิของส่วนประกอบเฉพาะ ไม่ใช่กับประเภทเครื่องปฏิกรณ์โดยรวม เนื่องจากการออกแบบ SMR เดียวสามารถรวมสภาพแวดล้อมการทำงานที่แตกต่างกันหลายระบบทั่วทั้งระบบหลักและระบบรอง

ตารางที่ 4. คำแนะนำในการเลือกโลหะผสมนิกเกิลระดับ-ตามสภาพแวดล้อมของสารหล่อเย็น SMR การเลือกวัสดุขั้นสุดท้ายจะต้องได้รับการยืนยันโดยเทียบกับการออกแบบที่ได้รับอนุมัติของผู้จำหน่ายเครื่องปฏิกรณ์เฉพาะและรุ่นรหัส ASME/กรณีรหัสที่เรียกใช้โดยพื้นฐานการออกใบอนุญาต

สถานะปัจจุบันของการปรับใช้ SMR คืออะไร และเหตุใดจึงมีความสำคัญต่อห่วงโซ่อุปทานวัสดุ

ในปี 2026 สหรัฐอเมริกาได้ย้ายจากการออกแบบกระดาษไปสู่การก่อสร้างที่ใช้งานอยู่เป็นครั้งแรกในรอบหลายทศวรรษ และการเปลี่ยนแปลงนี้เริ่มสร้างความต้องการที่แท้จริงในระยะใกล้-สำหรับแผ่นโลหะผสมนิกเกิลเกรดนิวเคลียร์- ท่อ และการตีขึ้นรูป แทนที่จะเป็นเพียงปริมาณ-การวิจัยเท่านั้น

TerraPower ได้รับใบอนุญาตก่อสร้างของคณะกรรมการกำกับกิจการพลังงานนิวเคลียร์แห่งสหรัฐอเมริกาเป็นครั้งแรกที่ออกให้กับเครื่องปฏิกรณ์พลังงานน้ำที่ไม่ใช่-แสง-เชิงพาณิชย์ในเดือนมีนาคม 2026 และได้เริ่มก่อสร้างโรงงาน Natrium ที่ใช้โซเดียม-ระบายความร้อนในเมืองเคมเมอเรอร์ รัฐไวโอมิง หลังจากนั้นไม่นาน การออกแบบ SMR ที่ปรับปรุงใหม่ของ NuScale Power ได้รับการอนุมัติจาก NRC และหน่วยงานสาธารณูปโภคต่างๆ รวมถึง Tennessee Valley Authority ได้เปิดตัวโปรแกรมการปรับใช้ SMR หลาย-กิกะวัตต์

X-ฮีเลียมจากพลังงาน-ระบายความร้อน Xe-100 กำลังก้าวหน้าผ่านการตรวจสอบของ NRC สำหรับไซต์ในรัฐเท็กซัส และ Kairos Power ยังคงสร้างหน่วยทดสอบฟลูออไรด์-ระบายความร้อนด้วยเกลือที่ต่อเนื่องกันในรัฐเทนเนสซี บริษัทเทคโนโลยีขนาดใหญ่ได้ลงนามแยกต่างหากเกี่ยวกับกำลังการผลิตนิวเคลียร์ขั้นสูงที่มีความมุ่งมั่นมากกว่า 10 กิกะวัตต์ เพื่อช่วยขับเคลื่อนการเติบโตของศูนย์ข้อมูล AI ซึ่งเป็นระดับความมุ่งมั่นของเอกชนที่ยังใหม่ต่ออุตสาหกรรม

สำหรับซัพพลายเออร์โลหะผสมและส่วนประกอบ นี่หมายถึงเกรดโลหะผสมนิกเกิลที่กล่าวถึงแล้วในคู่มือนี้ - Alloy 690, Alloy 617, Alloy 800H และตระกูล Hastelloy N ที่ต้านทาน-เกลือ-หลอมเหลว - กำลังย้ายจากโปรแกรมการทดสอบในห้องปฏิบัติการทางวิชาการและระดับประเทศ-ไปสู่การจัดซื้อจัดจ้างเชิงพาณิชย์ครั้งแรก-ของ-ประเภท- ด้วยการทดสอบจากโรงงาน รายงานการตรวจสอบย้อนกลับและการปฏิบัติตามโค้ด-กรณีกลายเป็นข้อกำหนดการจัดซื้อในระยะใกล้- แทนที่จะเป็นการพิจารณาในอนาคต

คำถามที่พบบ่อย

Q: สแตนเลสมาตรฐาน 316 สามารถใช้กับส่วนประกอบ SMR ได้หรือไม่

A: ใช่ สำหรับส่วนประกอบที่มีอุณหภูมิต่ำกว่า- ประเภท 304H และ 316H ยังคงเป็นวัสดุ ASME มาตรา III, ส่วนที่ 5 ที่ผ่านการรับรอง และใช้ตลอดการออกแบบเครื่องปฏิกรณ์ขั้นสูงทุกที่ที่มีอุณหภูมิการบริการอยู่ภายใน-ช่วงความเครียด - ที่อนุญาต โดยทั่วไปจะสูงถึงประมาณ 550–650 องศา ขึ้นอยู่กับอายุการใช้งานและการโหลดของการออกแบบ หากเกินกว่าช่วงนั้น ความแข็งแรงของการคืบของพวกมันจะลดลงเร็วเกินไปสำหรับอายุการใช้งานการออกแบบหลาย-ทศวรรษ ซึ่งเป็นจุดที่ Alloy 617 และ Alloy 800H เข้ามาแทนที่

Q: โลหะผสมนิกเกิลที่ผ่านการรับรองทางนิวเคลียร์-สามารถทนอุณหภูมิสูงสุดได้เท่าไร

A: ภายใต้กรณีรหัส ASME Section III, Division 5 ในปัจจุบัน ล้อแม็ก 617 ผ่านการรับรองสำหรับการก่อสร้างที่อุณหภูมิสูงถึง 954 องศา (1,750 องศา F) ซึ่งเป็นขีดจำกัดอุณหภูมิสูงสุดของวัสดุใดๆ ในปัจจุบันที่มีรหัส-มีคุณสมบัติสำหรับการก่อสร้างทางนิวเคลียร์ของสหรัฐอเมริกา อุณหภูมิการออกแบบส่วนประกอบที่แท้จริงถูกกำหนดโดยการวิเคราะห์พื้นฐานการออกแบบเครื่องปฏิกรณ์เฉพาะ- ไม่ใช่โดยขีดจำกัดรหัสสูงสุดของโลหะผสมเพียงอย่างเดียว

Q: เหตุใด Hastelloy N จึงยังไม่ถูกนำมาใช้ในเครื่องปฏิกรณ์เชิงพาณิชย์ที่ได้รับใบอนุญาตของสหรัฐอเมริกา

A: ไม่ใช่เพราะประสิทธิภาพไม่เป็นที่น่าสงสัย - แต่มีการทดสอบมานานหลายทศวรรษและข้อมูลการดำเนินงานที่จำกัด ย้อนกลับไปถึงการทดลองเครื่องปฏิกรณ์เกลือหลอมเหลวในทศวรรษปี 1960 - แต่เนื่องจากยังไม่เสร็จสิ้นกระบวนการรับรองคุณสมบัติวัสดุ ASME ส่วนที่ 3 ส่วนที่ 5 อย่างเป็นทางการซึ่งจำเป็นสำหรับการก่อสร้างเชิงพาณิชย์ที่ได้รับใบอนุญาตในสหรัฐอเมริกา นักพัฒนาซอฟต์แวร์ที่แสวงหา-เกลือหรือฟลูออไรด์-การออกแบบที่เย็นลงด้วยเกลือ- คาดว่าจะดำเนินการตามกรณีโค้ดเฉพาะซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของเส้นทางการอนุญาตสิทธิ์ของพวกเขา

Q: Alloy 690 ที่ใช้ในเครื่องกำเนิดไอน้ำ SMR แตกต่างจาก Alloy 690 ที่ใช้ใน PWR ขนาดใหญ่หรือไม่

A: ไม่ โดยทั่วไปการออกแบบ SMR น้ำเบา-จะใช้ข้อกำหนดเฉพาะของวัสดุ Alloy 690 ที่ผ่านการรับรอง ASME- ซึ่งกำหนดไว้แล้วสำหรับกลุ่มเครื่องปฏิกรณ์น้ำแบบใช้แรงดัน-แบบธรรมดา เนื่องจากทั้งสองเครื่องทำงานในเคมีของน้ำปฐมภูมิและช่วงอุณหภูมิที่คล้ายคลึงกัน ตัวโลหะผสมไม่จำเป็นต้องมีคุณสมบัติอุณหภูมิสูง-ใหม่สำหรับการใช้งานนี้

Q: โดยทั่วไปจะใช้เวลานานเท่าใดในการเพิ่มวัสดุใหม่ให้กับรหัสนิวเคลียร์ ASME

A: ในอดีต ในรอบทศวรรษสำหรับวัสดุที่มีอุณหภูมิสูง-ของ-ชนิดแรก-ชนิดแรก-นั้น - เคสรหัส Alloy 617 ใช้เวลานานประมาณนั้นตั้งแต่การกำหนดคุณลักษณะเบื้องต้นไปจนถึงการตีพิมพ์ นับตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา ASME ได้ปรับปรุงกระบวนการตรวจสอบโดยอิงจากบทเรียนที่ได้รับจากความพยายามนั้น แต่การรวบรวมแพ็คเกจข้อมูลการคืบ ความล้า และความสามารถในการเชื่อมที่จำเป็นยังคงเป็น-ขั้นตอนที่จำกัดสำหรับวัสดุใหม่ใดๆ ที่อยู่ระหว่างการพิจารณา