납-bismuth eutectic

Lead-bismuth eutectic
다른 용도는 LBE(동음이의)를 참조하십시오.

Lead-Bismuth Eutectic 또는 LBE는 일부 원자로에서 냉각재로 사용되는 납(44.5%)과 비스무트(55.5%)의 Eutectic 합금이며, 4세대 원자로 이니셔티브의 일부인 납 냉각 고속 원자로에 대해 제안된 냉각제다. 123.5°C/255.3°F의 용융점(327°C/621°F에서 용융점, 271°C/520°F에서 순 비스무트)과 1,670°C/3,038°F의 비등점을 가지고 있다.

비스무트가 30%에서 75% 사이인 납 비스무트 합금은 모두 200°C/392°F 미만의 용융점을 가진다. 비스무트가 48%에서 63% 사이인 합금은 150°C/302°F 미만의 용융점을 가진다. [1] 납은 용해 시 약간 팽창하고 비스무트는 용해 시 약간 수축되지만, LBE는 용해 시 부피 변화가 미미하다.

역사

소련 알파급 잠수함은 냉전 기간 내내 LBE를 원자로의 냉각수로 사용했다.[2]

러시아인들은 오케이비 기드로프레스(OKB Gidropress, VVER형 경수로의 러시아 개발자)가 개발에 특별한 전문지식을 갖고 있는 등 납-비즈무스 냉각로 분야에서 인정받는 전문가들이다. 이러한 유형의 현대적인 디자인인 SVBR-75/100은 이 기술에 대한 광범위한 러시아 경험의 한 예다.[3]

로스 알라모스 국립 연구소와 연결된 미국 회사인 Gen4 Energy(옛 하이페리온 발전)는 2008년 상업용 발전, 지역 난방, 탈염화 등을 위해 납-비즘성 에우텍틱으로 냉각된 질화우라늄을 연료로 하는 소형 모듈러 원자로를 설계하고 배치하는 계획을 발표했다. '제4세대 모듈'이라 불리는 제안형 원자로는 밀봉된 모듈형th 70MW 원자로로 계획되어 있으며, 공장 조립 및 설치를 위해 현장으로 운송되고, 연료 공급을 위해 공장으로 다시 운송된다.[4]

이점

액체나트륨이나 NaK와 같은 나트륨 기반 액체금속 냉각제에 비해 납 기반 냉각제는 비등점이 현저히 높아 훨씬 높은 온도에서 냉각수가 끓을 위험 없이 원자로를 작동할 수 있다. 이것은 열효율을 향상시키고 열화학 공정을 통한 수소 생산을 잠재적으로 허용할 수 있다.

납과 LBE 또한 공기 중에 자연적으로 발화하여 물과 폭발적으로 반응하는 나트륨과 NaK와는 대조적으로 물이나 공기에 쉽게 반응하지 않는다. 즉, 납 또는 LBE 냉각 원자로는 나트륨 냉각 설계와 달리 중간 냉각 루프가 필요하지 않아 발전소에 필요한 자본 투자를 줄일 수 있다.

납과 비스무트 둘 다 감마선을 차단하는 동시에 중성자에 사실상 투명해지는 뛰어난 방사선 차폐물이다. 이와는 대조적으로 나트륨은 강렬한 중성자 방사 이후 강력한 감마선 방출체 나트륨-24 (반감기 15시간)를 형성하여 1차 냉각 루프를 위해 큰 방사선 차폐가 필요하다.

무거운 핵으로서, 납과 비스무트는 폐기물의 가속기 전송에서와 같이 비배출 중성자 생성을 위한 스팔레이션 표적으로 사용될 수 있다(에너지 증폭기 참조).

납성 냉각제와 나트륨성 냉각제는 모두 물과 비교해 비등점이 상대적으로 높다는 장점이 있어 고온에서도 원자로를 가압할 필요가 없다는 뜻이다. 이는 냉각재상실사고 발생 확률을 획기적으로 낮추고 수동적으로 안전한 설계를 가능하게 하기 때문에 안전성이 향상된다.

제한 사항

납과 LBE 냉각재는 나트륨보다 강철에 더 부식성이 강하며, 이는 안전성을 고려하여 원자로를 통과하는 냉각재 흐름 속도에 상한을 둔다. 또한 납과 LBE(각각 327 °C 및 123.5 °C)의 높은 용해 지점은 원자로를 저온에서 운전할 때 냉각재 고형화가 더 큰 문제가 될 수 있음을 의미할 수 있다.

마지막으로, 중성자 방사선 비스무트-209에서 LBE 냉각수에 존재하는 비스무트의 주 안정 동위원소는 중성자 포획과 후속 베타 붕괴를 겪으며, 강력한 알파 방출체인 폴로늄-210을 형성한다. 냉각재에 방사성 폴로늄이 존재하려면 원자로의 연료교체 및 LBE와 접촉하는 구성부품을 취급하는 동안 알파 오염을 제어하기 위한 특별한 예방조치가 필요하다.[5]

참고 항목

참조

  1. ^ http://www.nea.fr/html/science/reports/2007/pdf/chapter2.pdf Lead-bismuth Eutectic 합금 및 납 특성에 관한 지침서
  2. ^ Bugreev, M. I. (2002). "Assessment of Spent Fuel of Alfa Class Nuclear Submarines". MRS Proceedings. 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. (May 2003). "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. Vol. 1348. Vienna, Austria: International Atomic Energy Agency. pp. 117–132. ISBN 92-0-101503-8. Retrieved 2009-12-04.
  4. ^ "The Gen4 Module, Safety & Security". Retrieved 25 Jun 2012.
  5. ^ 고속 중성자 원자로에서 나트륨, 납-비즘 및 납 냉각제의 장수 방사성핵종.