Propiedades de los metales líquidos.
Propiedades de los metales líquidos.
En física, el metal líquido consiste en una aleación con puntos de fusión muy bajos que forman un líquido eutéctico que es líquido a temperatura ambiente. En la ingeniería de reactores, los metales líquidos son aleaciones con bajo punto de fusión que permiten que el refrigerante del reactor sea líquido en el rango operativo de temperaturas (generalmente por encima de la temperatura ambiente).
Los metales líquidos se pueden usar como refrigerantes de reactores porque tienen excelentes propiedades de transferencia de calor y se pueden emplear en sistemas de baja presión, como es el caso de los reactores rápidos refrigerados por sodio (SFR). La característica única de los metales en lo que respecta a su estructura es la presencia de portadores de carga, específicamente electrones libres, lo que les da una alta conductividad eléctrica , alta conductividad térmica . El uso de refrigerantes metálicos líquidos hizo posible proporcionar una alta tasa de transferencia de calor en las centrales eléctricas, así como las temperaturas de las superficies de trabajo de sus construcciones cercanas a la temperatura del refrigerante.
Además, los metales líquidos utilizados en la ingeniería de reactores son absorbentes muy débiles de neutrones, lo que permite que los reactores de metales líquidos funcionen con un espectro de neutrones rápido. Un reactor rápido de metal líquido es un reactor de alta densidad de potencia, que no necesita moderador de neutrones .
Las principales diferencias entre los reactores térmicos y rápidos están, por supuesto, en las secciones transversales de neutrones , que exhiben una dependencia energética significativa . Se puede caracterizar por la relación captura-fisión , que es menor en reactores rápidos . También hay una diferencia en el número de neutrones producidos por una fisión , que es mayor en los reactores rápidos que en los reactores térmicos. Estas diferencias muy importantes son causadas principalmente por diferencias en los flujos de neutrones . Por lo tanto, es muy importante conocer la distribución detallada de energía de neutrones en el núcleo de un reactor.
La desventaja de muchos metales líquidos es también su alta actividad química en la interacción con el oxígeno, el agua y los materiales estructurales, que pueden causar el deterioro de la transferencia de calor en la planta bajo ciertas condiciones.
Sodio y NaK – Refrigerante del reactor
Los reactores rápidos refrigerados por sodio (SFR) son los diseños de reactores rápidos más comunes. Utilizan sodio fundido o una aleación eutéctica de sodio-potasio (NaK) como refrigerante del reactor. Los puntos de fusión y ebullición de sodio y NaK son:
-
Fuente: wikipedia.org Licencia: Dominio público sodio
- punto de fusión – 97.72 ° C
- punto de ebullición – 883 ° C
- NaK – mezcla eutéctica
- punto de fusión – (-12 ° C)
- punto de ebullición – 785 ° C
Fuente: wikipedia.org
El NaK que contiene 40% a 90% de potasio en peso es líquido a temperatura ambiente. La mezcla eutéctica consiste en 77% de potasio y 23% de sodio. El sodio y el NaK no corroen el acero en ningún grado significativo y son compatibles con muchos combustibles nucleares, lo que permite una amplia variedad de materiales estructurales. Sin embargo, debido a que el sodio reacciona violentamente con el agua, los SFR requieren la colocación de un intercambiador de calor intermedio entre el núcleo del reactor y el generador de vapor . Esta tecnología de alta tecnología requiere mucha experiencia, por lo tanto, solo unos pocos países han desarrollado su propio diseño de reactor rápido.
Plomo y Plomo-Bismuto Eutéctico – Refrigerante del Reactor
El plomo, el plomo-bismuto eutéctico y otros metales también han sido propuestos y ocasionalmente utilizados. El reactor rápido refrigerado por plomo es un diseño de reactor nuclear que presenta un espectro de neutrones rápido y refrigerante eutéctico de plomo fundido o plomo-bismuto . El plomo-bismuto eutéctico o LBE es una aleación eutéctica de plomo (44.5%) y bismuto (55.5%). El plomo fundido o el plomo-bismuto eutéctico pueden usarse como refrigerante primario porque el plomo y el bismuto tienen una baja absorción de neutrones y puntos de fusión relativamente bajos.
Los puntos de fusión y ebullición de la mezcla eutéctica de plomo y bismuto son:
- dirigir
- punto de fusión – 327.5 ° C
- punto de ebullición – 1749 ° C
- plomo-bismuto – mezcla eutéctica
- punto de fusión – 123.5 ° C
- punto de ebullición – 1670 ° C
Fuente: wikipedia.org
En comparación con los refrigerantes metálicos líquidos a base de sodio, como el sodio líquido o NaK, los refrigerantes a base de plomo tienen puntos de ebullición significativamente más altos, lo que significa que un reactor puede funcionar sin riesgo de ebullición del refrigerante a temperaturas mucho más altas. El plomo y el LBE tampoco reaccionan fácilmente con agua o aire, en contraste con el sodio y el NaK que se encienden espontáneamente en el aire y reaccionan explosivamente con el agua. Debido a su densidad y alto número atómico, el plomo y el bismuto también son un excelente escudo contra la radiación gamma , al tiempo que son prácticamente transparentes para los neutrones.
Por otro lado, el plomo y el refrigerante LBE son más corrosivos para el acero que el sodio o la aleación eutéctica de NaK. Esto y la muy alta densidad de plomo pone un límite superior en la velocidad del flujo de refrigerante a través del reactor debido a consideraciones de seguridad. Además, los puntos de fusión más altos de plomo y LBE (327 ° C y 123.5 ° C respectivamente) pueden significar que la solidificación del refrigerante puede ser un problema mayor cuando el reactor funciona a temperaturas más bajas.
Número de Nusselt para reactores de metal líquido
Un reactor refrigerado por metal líquido es un tipo avanzado de reactor nuclear donde el refrigerante primario es un metal líquido. Los metales líquidos se pueden usar como refrigerantes porque tienen excelentes propiedades de transferencia de calor y se pueden emplear en sistemas de baja presión, como es el caso de los reactores rápidos refrigerados por sodio (SFR). La característica única de los metales en lo que respecta a su estructura es la presencia de portadores de carga, específicamente electrones libres, lo que les da una alta conductividad eléctrica , alta conductividad térmica . Esta conductividad térmica muy alta junto con causas de baja viscosidad, que correlaciones típicas de transferencia de calor (por ejemplo, Dittus-Boelter) No puede ser usado.
Correlación de Graber-Rieger
Correlación FFTF
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Este artículo se basa en la traducción automática del artículo original en inglés. Para más información vea el artículo en inglés. Puedes ayudarnos. Si desea corregir la traducción, envíela a: translations@nuclear-power.net o complete el formulario de traducción en línea. Agradecemos su ayuda, actualizaremos la traducción lo antes posible. Gracias.
