¿Por qué se usa circonio en reactores nucleares?

¿Por qué se usa circonio en reactores nucleares?

Circonio es un metal raro con sorprendente resistencia a la corrosión, alto punto de fusión, alta dureza y resistencia. Es ampliamente utilizado en los campos aeroespacial, militar, de reacción nuclear y de energía atómica. En el video a continuación, hay un experimento que explica por qué se usa circonio en reactores nucleares .

Inicialmente, zirconio no se consideró un material adecuado para su uso en la industria nuclear, porque los estudios han demostrado que el efecto del circonio sobre la absorción de neutrones térmicos puede afectar la eficiencia de los reactores nucleares. Más tarde, los investigadores del Oak Ridge Institute descubrieron que el 2,5% del hafnio en circonio fue responsable de su gran sección transversal de captura de neutrones térmicos.

Circonio y hafnio están asociados con el mineral y generalmente son difíciles de separar. Hasta la década de 1850, el almirante del proyecto de propulsión nuclear naval decidió utilizar circonio en el reactor refrigerado por agua del submarino nuclear Nautilus.

Aunque el zirconio ya se había utilizado para el proyecto en ese momento, no existían estándares estrictos para el uso de zirconio , y los investigadores solo sabían que mejorar la pureza del zirconio sería bueno para las propiedades de la aleación. Algunos procesos se utilizan para purificar tiras de circonio, pero aún contiene pequeñas cantidades de nitrógeno, lo que lo hace menos resistente a la corrosión a altas temperaturas.

Finalmente, los investigadores se dieron cuenta de que la pureza no era la clave para la resistencia a la corrosión del circonio, porque encontraron que algunos materiales de circonio contienen impurezas (como estaño, hierro, cromo y níquel) eran más resistentes a la corrosión que los materiales de circonio de mayor pureza. Por tanto, el desarrollo de aleaciones de circonio se incluye en la agenda.

Aleaciones de circonio tienen una pequeña sección transversal de captura de neutrones térmicos (0.185b) y son sorprendentemente resistentes a la corrosión, por lo que se usan ampliamente en reactores de fisión, como tubos revestidos con núcleo, rejillas y tubos guía en reactores de agua hirviendo, así como en reactores de presión. tuberías y recipientes de reactores de escape en reactores de agua a presión.

Con la aplicación de aleaciones de circonio en la industria de la energía nuclear, la industria del circonio se ha desarrollado rápidamente. En el reactor de cambio gigante nuclear, el combustible nuclear es una reacción de fisión todo el tiempo.

En la reacción, el neutrón bombardea el núcleo de U235, que se divide en Ba140 y Kr93, y libera dos o tres neutrones al mismo tiempo; otros núcleos de U235 son bombardeados por estos neutrones y refinanciamiento. Esta es la reacción en cadena de la fisión.

Mediciones de captación de hidrógeno en aleaciones de circonio

Un material con una gran sección transversal de captura de neutrones absorberá muchos neutrones cuando golpeen la pared, reduciendo la eficiencia de la reacción en cadena. Mientras tanto, la reacción en cadena produce mucho calor, que se elimina haciendo circular agua de refrigeración (u otros refrigerantes) para evitar el sobrecalentamiento y daños al reactor.

Cuando los metales entran en contacto con agua a alta temperatura, pueden corroerse (oxidarse). Los materiales con poca resistencia a la corrosión deben reemplazarse con frecuencia, lo que aumenta el costo y conduce fácilmente a accidentes de seguridad.

Por lo tanto, como materiales estructurales y de revestimiento de núcleos, las aleaciones de circonio deben tener una sección transversal de captura de neutrones baja y una excelente resistencia a la corrosión, por lo que el desarrollo de aleaciones de circonio debe atribuirse a la industria nuclear.

Conclusión

Gracias por leer nuestro artículo: ¿Por qué se usa circonio en reactores nucleares? y esperamos que lo hayas disfrutado. Si quieres saber más sobre el metal refractario circonio y sus usos, puede visitar Metales refractarios avanzados (ARM). Ofrecemos a nuestros clientes metales refractarios de alta calidad a un precio muy competitivo.