反应堆压力容器

核电站中的反应堆压力容器(RPV)是包含核反应堆冷却剂、堆芯护罩和反应堆堆芯的压力容器。

RBMK反应堆将每个燃料组件封闭在单独的8厘米直径管道中，而不是具有压力容器。虽然大多数动力反应堆确实有压力容器，但它们通常根据冷却剂的类型而不是用于容纳冷却剂的容器的配置进行分类。分类如下：

• 轻水反应堆——包括压水反应堆和沸水反应堆。大多数核动力反应堆都属于这种类型。
• 石墨慢化反应堆-包括切尔诺贝利反应堆(RBMK)，与俄罗斯和世界各地的绝大多数核电站相比，它的反应堆配置非常不寻常。
• 气冷热反应堆——包括先进气冷反应堆、气冷快中子增殖反应堆和高温气冷反应堆。气冷反应堆的一个例子是英国Magnox。
• 加压重水反应堆——以某种方式利用重水，或氢同位素氘比例高于正常比例的水。但是，D2O（重水）更昂贵，可以用作主要成分，但在这种情况下不一定用作冷却剂。重水反应堆的一个例子是加拿大的CANDU反应堆。
• 液态金属冷却反应堆——利用液态金属，例如钠或铅铋合金来冷却反应堆堆芯。
• 熔盐反应器——盐，通常是碱金属和碱土金属的氟化物，用作冷却剂。操作类似于具有高温和低压的金属冷却反应堆，与水或蒸汽冷却设计相比，减少了施加在反应堆容器上的压力。

在具有压力容器的主要反应堆类别中，压水反应堆的独特之处在于压力容器在运行过程中会遭受大量的中子辐照（称为注量），因此随着时间的推移可能会变得易碎。特别是沸水反应堆的较大压力容器更好地屏蔽了中子通量，因此虽然由于这种额外的尺寸首先制造成本更高，但它具有不需要退火以延长其寿命的优势。压水反应堆容器退火以延长其使用寿命是一项复杂且高价值的技术，核服务提供商(AREVA)和压水反应堆运营商正在积极开发。

无论具体设计如何，所有压水反应堆压力容器都有一些共同特征。

RPV在PWR反应堆的安全方面发挥着关键作用，所使用的材料必须能够在高温和高压下容纳反应堆堆芯。容器圆柱形外壳中使用的材料随着时间的推移而发展，但通常它们由低合金铁素体钢组成，并覆有3-10毫米的奥氏体不锈钢。不锈钢覆层主要用于与冷却剂接触的位置，以尽量减少腐蚀。到1960年中期，SA-302，B级，一种钼镁板钢，被用于船体。由于改变设计需要更大的压力容器，因此需要在该合金中添加大约0.4-0.7wt%的镍以提高屈服强度。其他常见的钢合金包括SA-533GradeBClass1和SA-508Class2。这两种材料的主要合金元素是镍、锰、钼和硅，但后者还包括0.25-0.45wt%的铬。参考文献中列出的所有合金也含有>0.04wt%的硫。低合金NiMoMn铁素体钢因其高导热性和低热膨胀特性而具有吸引力，这些特性使其能够抵抗热冲击。然而，在考虑这些钢的特性时，必须考虑到它对辐射损伤的反应。由于恶劣的条件，RPV汽缸壳材料通常是限制核反应堆寿命的部件。除了物理和机械性能外，了解辐射对微观结构的影响将使科学家能够设计出更能抵抗辐射损伤的合金。2018年，Rosatom宣布已开发出一种用于RPV的热退火技术，可改善辐射损伤并将使用寿命延长15至30年。这已在巴拉科沃核电站的1号机组上得到证明。

非常恶劣的环境需要新的材料方法来对抗机械性能随时间的下降。研究人员试图使用的一种方法是引入特征来稳定置换的原子。这可以通过添加晶界、超大溶质或小的氧化物分散剂来实现，以尽量减少缺陷移动。通过这样做，辐射引起的元素偏析会减少，这反过来会导致晶界更具延展性和晶间应力腐蚀开裂更少。阻止位错和缺陷移动也将有助于增加对辐射辅助蠕变的抵抗力。据报道，尝试使用氧化钇来阻止位错运动，但发现技术实施带来了比预期更大的挑战。