Свойства сплава свинец висмут

Сплав свинец-висмут Эвтектический

Наша компания поставляет сплав свинцово-висмутовый по ТУ48-6-12-81 или на основе химического состава по требованию заказчика.

В основном сплавы свинец-висмут используются в различных областях науки и техники. В последнее время качественно новыми разработками на основе сплава висмутаи свинца является составляющая, используемая в качестве перспективных теплоносителей для реакторов на быстрых нейтронах.

Многоцелевая модульная реакторная установка на быстрых нейтронах с теплоносителем свинец — висмут СВБР- 100:

Предназначена для использования в виде унифицированного модуля в энергосистемах мощностью 100-600 МВт(э) :
1. региональных АТЭЦ
2. автономных источниках теплоэнергоснабжения
3. ядерных опреснительных комплексах
4. транспортабельных энергоисточниках

СВБР-100 — энергетический быстрый реактор электрической мощностью 100 МВт, охлаждаемый эвтектическим сплавом свинец-висмут. Свинцово-висмутовая технология на промышленном уровне освоена только в России, в условиях эксплуатации реакторов атомных подводных лодок (АПЛ). Опыт эксплуатации составляет 80 реакторо-лет.

Установка обладает внутренне присущими свойствами повышенной безопасности, обусловленными природными свойствами теплоносителя и интегральной компоновкой реакторной установки.

Висмут (Bi) — химический элемент с атомным номером 83 и атомным весом 208,9804. Является элементом главной подгруппы пятой группы, шестого периода периодической системы химических элементов Дмитрия Ивановича Менделеева. В свободном не окисленном состоянии висмут представляет собой серебристо-серый металл с розоватым оттенком и выраженным металлическим блеском. Висмут известен с давних времен, но долгое время его считали разновидностью олова, свинца или сурьмы. Висмут как о самостоятельный химический элемент открылся в XVIII веке.

В большинстве своем металлический висмут расходуется на производство легкоплавких сплавов, содержащих, кроме того, свинец, олово, кадмий (сплав Вуда, свинцово-висмутовый сплав Эвтектический). Чистый металлический висмути сплав свинцово-висмутовый используют главным образом в энергетических ядерных реакторах в качестве теплоносителя.

Основным потребителем висмута — является металлургия. Получение легкоплавких сплавов висмута со свинцом, оловом, кадмием. В сплавах висмут употребляется единственно потому, что он придает им легкоплавкость. Сплав висмута со свинцом (Эктевтический) крайне легкоплавок и обладает способностью накапливать теплоэнергию. Сплав висмута с сурьмой (88 % Bi и 12 % Sb), проявляющий в магнитном поле необычный эффект магнитосопротивления, используется для производства быстродействующих усилителей и выключателей. Порция висмута (всего 0,01 %) к сплавам на основе алюминия и железа улучшает пластические свойства материала, упрощает его обработку. Такой же эффект оказывает висмут и на нержавеющую сталь.

Источник

Эвтектика свинцово-висмутовая — Lead-bismuth eutectic

Свинец-висмут эвтектический или LBE представляет собой эвтектический сплав из свинца (44,5 ат%) и висмут (55,5 ат%) , используемого в качестве хладагента в некоторых ядерных реакторах , и является предлагаемой охлаждающей жидкостью для СВБР , часть поколения IV реакторная инициатива. Он имеет температуру плавления 123,5 ° C / 255,3 ° F (чистый свинец плавится при 327 ° C / 621 ° F, чистый висмут при 271 ° C / 520 ° F) и точку кипения 1670 ° C / 3038 ° F.

Свинцово-висмутовые сплавы с содержанием висмута от 30% до 75% имеют температуру плавления ниже 200 ° C / 392 ° F. Сплавы с содержанием висмута от 48% до 63% имеют температуру плавления ниже 150 ° C / 302 ° F. В то время как свинец слегка расширяется при плавлении, а висмут слегка сжимается при плавлении, LBE имеет незначительное изменение объема при плавлении.

СОДЕРЖАНИЕ

История

Советские подводные лодки класса «Альфа» использовали LBE в качестве теплоносителя для своих ядерных реакторов на протяжении всей холодной войны .

Русские являются признанными экспертами в свинец-висмут теплоносителем, с ОКБ Гидропресс (российскими разработчиками ВВЭР — типа легководных реакторов ) , имеющих специальные знания в их развитии. СВБР-75/100, современная конструкция этого типа, является одним из примеров обширного российского опыта использования этой технологии.

Gen4 Energy (ранее Hyperion Power Generation ), фирма США связана с Лос — Аламосской национальной лаборатории , объявила о планах в 2008 году для разработки и развертывания нитрид урана подпитывается небольшой модульный реактор , охлаждаемый свинец-висмут эвтектики для коммерческого производства электроэнергии, центрального отопления , и опреснение . Предлагаемый реактор, называемый Gen4 модулем, запланирован как 70 МВт — й реактор герметичного модульного типа, на завод и транспортируют к месту для установки и транспортируются обратно на завод для дозаправки.

Преимущества

По сравнению с жидкометаллическими теплоносителями на основе натрия, такими как жидкий натрий или NaK , теплоносители на основе свинца имеют значительно более высокие точки кипения , что означает, что реактор может работать без риска кипения теплоносителя при гораздо более высоких температурах. Это улучшает термический КПД и потенциально может позволить производство водорода с помощью термохимических процессов.

Свинец и LBE также плохо реагируют с водой или воздухом, в отличие от натрия и NaK, которые самопроизвольно воспламеняются на воздухе и взрывоопасно реагируют с водой. Это означает, что реакторы со свинцовым или LBE-охлаждением, в отличие от конструкций с натриевым охлаждением, не нуждаются в промежуточном контуре теплоносителя, что снижает капитальные вложения, необходимые для установки.

И свинец, и висмут также являются отличной защитой от излучения , блокируя гамма-излучение, и в то же время практически прозрачны для нейтронов . Напротив, натрий образует мощный гамма-излучатель натрия-24 ( период полураспада 15 часов) после интенсивного нейтронного излучения , что требует большой радиационной защиты для первичного контура охлаждения.

В качестве тяжелых ядер свинец и висмут могут использоваться в качестве мишеней для расщепления для получения нейтронов, не связанных с делением, как в ускорительной трансмутации отходов (см. Усилитель энергии ).

Охлаждающие жидкости на основе свинца и натрия имеют преимущество относительно высоких температур кипения по сравнению с водой, что означает, что нет необходимости создавать давление в реакторе даже при высоких температурах. Это повышает безопасность, поскольку резко снижает вероятность аварии с потерей теплоносителя и позволяет создавать пассивно безопасные конструкции.

Ограничения

Свинец и теплоноситель LBE более агрессивны для стали, чем натрий, и это устанавливает верхний предел скорости потока теплоносителя через реактор из соображений безопасности. Кроме того, более высокие температуры плавления свинца и LBE (327 ° C и 123,5 ° C соответственно) могут означать, что затвердевание теплоносителя может быть большей проблемой, когда реактор работает при более низких температурах.

Наконец, при нейтронном излучении висмут-209 , основной стабильный изотоп висмута, присутствующий в теплоносителе LBE, подвергается нейтронному захвату и последующему бета-распаду , образуя полоний-210 , мощный альфа-излучатель . Присутствие радиоактивного полония в теплоносителе потребует специальных мер предосторожности для контроля альфа-загрязнения во время перегрузки реактора и обращения с компонентами, контактирующими с LBE.

Источник

Андрей Романенко: свинец-висмут должен жить AtomInfo.Ru, ОПУБЛИКОВАНО 19.02.2019 На вопросы корреспондентов электронного издания AtomInfo.Ru отвечает заместитель начальника отдела отделения космических энергосистем АО «ГНЦ РФ — ФЭИ» Андрей РОМАНЕНКО. ПРОДОЛЖЕНИЕ ПОСЛЕ ФОТО Андрей Романенко, фото Сергей Стожилов.Щёлкните левой клавишей мыши для … Читать далее →

Андрей Романенко: свинец-висмут должен жить

На вопросы корреспондентов электронного издания AtomInfo.Ru отвечает заместитель начальника отдела отделения космических энергосистем АО «ГНЦ РФ — ФЭИ» Андрей РОМАНЕНКО.

ПРОДОЛЖЕНИЕ ПОСЛЕ ФОТО

Андрей Романенко, фото Сергей Стожилов.
Щёлкните левой клавишей мыши для просмотра.

Выбор без сомнений

Андрей Анатольевич, сейчас Вы работаете в ФЭИ, но мы знаем, что в Вашей жизни была и другая история — подводные лодки.

Я вырос в семье военнослужащего, мой отец был военно-морским офицером, капитан 2 ранга, сомнений в выборе профессии у меня не было. С детства я мечтал о стезе военного моряка.

Поэтому я поступил в Высшее военно-морское инженерное училище имени Ф.Э.Дзержинского в Ленинграде и окончил его в 1987 году. Учился я на первом факультете по специальности «Эксплуатация атомных энергетических установок».

После выпуска меня направили служить в город Заозёрск (Западная Лица) в 6-ую дивизию на подводную лодку К-493. Это последняя лодка, построенная по проекту 705К (заказ №107). На ней я прослужил до 1990 года, когда лодку вывели из боевого состава флота и перевели в резерв второй категории.

В это время в Северодвинске подходил к концу долгосрочный ремонт подводной лодки К-123. Её экипаж был не укомплектован личным составом в полной мере и давно не выходил в море, поэтому для проведения государственных испытаний корабля потребовался новый экипаж. Его формирование поручили нашему командиру, в результате я попал на К-123. Впоследствии лодку переквалифицировали, ей был присвоен номер Б-123.

На ней мы в период с 1990 по 1992 годы провели швартовные, ходовые и государственные испытания. Приёмный акт был подписан летом 1992 года.

После приёмки корабля мы перешли в пункт постоянного базирования (г. Заозёрск) и вошли в состав 33-ей дивизии подводных лодок. На Б-123 наш экипаж неоднократно выходил в море, закрывал задачи, участвовал в учениях. Так было до 1996 года, когда по техническим причинам лодка перестала эксплуатироваться и была выведена в резерв.

Наш экипаж сократили, но до 2000 года я ещё служил на кораблях 705-ого проекта, последняя должность — командир БЧ-5 Б-123. После я перевёлся служить механиком на 671РТМ-проект и был направлен на переподготовку в Учебный центр ВМФ в г. Обнинск, где получил предложение о переводе на должность заместителя начальника цикла практической подготовки.

На лодках Вы кем ещё были?

Первая моя должность на подводной лодке К-493 — инженер паротурбинной установки. На Б-123 я перешёл инженером ППУ (паропроизводящей установки) в четвёртый отсек. Потом был назначен командиром первого дивизиона, а потом — командиром БЧ-5.

Интересно, обязанности командира БЧ-5 сильно отличаются от обязанностей операторов АЭС?

К операторам атомных станций ближе операторы установок, то есть командиры и инженеры групп дистанционного управления. Для 705-ого проекта это командир дивизиона движения, инженеры ППУ и ПТУ — командиры реакторного и турбинного отсеков. Они в море находятся за пультом управления реактором.

Вы служили и на лодках со свинцово-висмутовыми реакторами, и на лодках с водо-водяными реакторами.

В училище у нас базовым проектом были корабли с водо-водяной установкой. Свинцово-висмутовую установку мы изучали, но только в ознакомительном порядке. Поэтому когда я пришёл на К-493, то многое для меня оказалось в новинку, и меня, как и остальных молодых лейтенантов, отправили на переподготовку в Учебный центр в Сосновом Бору.

Мне, кстати, повезло. Сначала я прошёл двухмесячную переподготовку с лейтенантами, а затем ещё одни двухмесячные курсы вместе со своим экипажем, который приехал в Сосновый Бор на межпоходовую подготовку.

Дело даже не в сроках. Мои начальники, с которыми я учился в последние два месяца, были грамотными специалистами, принимавшими лодку с завода и знавшими её от и до. Один из инженеров первого дивизиона, возрастной офицер, мог четвёртый отсек во всех подробностях нарисовать в аксонометрии.

В результате я смог в кратчайшие сроки сдать на самостоятельное управление. С дублёром в море я выходил всего один раз.

Свинцово-висмутовые особенности

В отличие от водо-водяного проекта, в контурах свинцово-висмутовых реакторов всегда требовалось поддерживать высокую температуру, чтобы теплоноситель не замерзал.

Да, это общеизвестный факт. Температура плавления сплава свинец-висмут 125°C, и было необходимо поддерживать температуру в контурах установки выше этого значения, чтобы не допустить замерзания теплоносителя на каких-либо тупиковых участках трубопроводов.

Поддерживать температуру можно было либо паром с базы, либо теплом от реакции деления.

Говорят, что вариант с паром с базы оказался сложным на практике.

По большому счёту, ничего сложного в нём не было. Но всё-таки база была к нему не очень готова.

У нас, например, пар на пирс подавался исправно, но котельная находилась достаточно далеко, а трубы от неё к пирсу были кое-где лишены теплоизоляции, имели неплотности. Котельная даёт пар, например, 200°C, а к нам приходит едва выше 100°C. В итоге нам приходилось обогреваться и этим паром, и своим теплом.

Конечно, котельная нам помогала. При работе реакторов, пусть даже на минимальной мощности, наша вода понемногу испарялась через неплотности, уплотнения турбины, и так далее. Запас воды приходилось пополнять, и в некоторых случаях мы её брали за счёт пара от котельной.

На лодке была ещё и своя система водяного обогрева. Электрокотёл грел воду, которая насосом подавалась в систему пароводяного обогрева. Но мощность её была небольшой, поэтому мы рассматривали эту систему как вспомогательную.

На первых лодках со свинцово-висмутовыми реакторами в состав экипажей включали сварщиков для ремонтов на ходу. У вас такое было?

Совершенно точно, ни в одном из моих экипажей на 705-ом проекте такого не практиковалось. Технология эксплуатации к этому времени уже была отлажена достаточно хорошо.

Но я хочу заметить, что любой выпускник инженерного училища мог при необходимости выступить в роли сварщика. Нас этому учили. Более того, ребята из третьего дивизиона, отвечающего за живучесть, проходили и курсы подводной сварки. Правда, варили просто металл, а не титан. Титановая сварка — сложная процедура на спецоборудовании, на корабле такого оборудования не было.

Ещё одна известная «страшилка» про свинцово-висмутовые лодки — полоний. Вы сталкивались с этой проблемой на практике?

Нет, не сталкивались никогда. Когда я служил, эти лодки в плане безаварийности эксплуатировались очень хорошо. Ситуации разные происходили, конечно, но с реакторной установкой они не были связаны.

На первых порах, ещё до моей службы на этих кораблях, случались аварии. Мелкие поломки и недочёты были на моей первой лодке К-493 — течь сильфона клапана, проблемы с герметичностью паровых клапанов, периодически сталкивались с протечками воды по фланцевым соединениям.

На Б-123, была авария в 1982 году, но связана она была не с реактором, а с неплотностью парогенератора.

А вот с первым контуром, честно скажу, когда я проходил служибу, никаких серьёзных проблем у нас не было.

С проблемой коррозии вы сталкивались?

Да, на пирсах. А вот ни на самой лодке, ни, тем более, на реакторной установке каких-то особенных проблем, связанных с коррозией, у нас не было.

Регенерацию сплава приходилось делать?

Приходилось. Для регенерации сплава к нам приезжали сотрудники ФЭИ. Процедура была долгая, недели две-три, весь пирс был заставлен бочками с химреактивами. Проводили её на К-493, где я был инженером ПТУ. После регенерации замечаний по работе установки не было, и лодка выходила в море и выполняла поставленные задачи.

Свинец-висмут и другие

Как Вам вообще показались свинцово-висмутовые лодки?

Вы помните, что я после 705-ого проекта служил какое-то время механиком на РТМ- проекте? Сразу могу сказать про огромную разницу, которая мне бросилась в глаза. На 705-ом проекте у нас был в основном офицерский экипаж. Офицеры и шесть мичманов.

Экипаж на 705-ом проекте небольшой, все друг друга очень хорошо знают. Личные отношения великолепные, на праздниках собирались все вместе с семьями, ездили на природу.

На РТМ, кроме офицеров и мичманов, проходили службу матросы-срочники, и меня первое время удивляло то, что там офицеры доверяют выполнять ответственную работу матросам. Например, подготовить и запустить компрессор. Я спрашивал: «Как же так? Ты ведь сам должен пойти и посмотреть!». Мне отвечали: «Зачем? Матрос всё знает».

Понимаете, всякое случалось на отечественном флоте. Компрессора разлетались, людей убивало… А тут такое отношение: «Матрос всё знает». Это совершенно другая психология, отличная от той, что была у офицеров 705-ого проекта.

Мы в море могли всё делать сами своими руками. Да, в базе был технический экипаж, помогавший нам обслуживать лодку, но и там всё происходило только под нашим контролем.

Не буду утверждать, что подход, принятый на РТМ, неправильный. Здесь большая ответственность ложится на офицеров и мичманов в вопросах подготовки подчинённых матросов. Наверняка у него есть свои положительные стороны, но меня он напрягал.

С технической стороны дела, если говорить о манёвренности установки с ЖМТ, могу сказать, что выход установки в ТГ-режим занимал по времени минут 30, при нахождении в базе в режиме 1% мощности. Готовность установки к выходу в море — около часа.

Вывод установки вообще изумительный. Ключ один раз повернул (1 этап программы расхолаживания), проверил остановку механизмов и закрытие арматуры, второй раз переключил (2 этап программы расхолаживания), посмотрел, что закрылось и открылось — и всё. Десять минут — вахту сдал.

Американцы в своё время пытались пойти по натриевому пути, их первая лодка была с натриевым реактором. Правда, очень быстро отказались от этого направления.

Натрий — это щелочной металл, и он горит. Как моряк вам отвечу, что мне бы не хотелось оказаться в море с озером натрия на борту.

Были у нас в Советском Союзе дизельные подводные лодки, мы их называли «Зажигалки». На них применялся, по-моему, жидкий кислород, для работы дизеля под водой, и там всё время что-нибудь да горело как спички. Технология сложная и непредсказуемая.

Не знаю, может быть, с натриевыми реакторами удалось бы получить лодки с лучшими показателями. Но в эксплуатации это был бы очень сложный аппарат.

За время Вашей службы с американскими лодками Вы встречались?

Вопрос не к механикам, а к командирам или гидроакустикам, возможно, и встречались в подводном положении, но там не видно кто рядом, а сталкиваться с ними корпусами мне не доводилось.

На Б-123 у нас было одно навигационное происшествие, это могу точно сказать, только оно связано не с американцами, а с нашими рыбаками. Произошло оно, если я не путаю, в марте 1994 года, мы тогда чуть не попали к ним в трал.

Наш экипаж отрабатывал задачи боевой подготовки, взаимодействовали с другой лодкой из нашей флотилии. Она шла на определённой глубине, а мы шли над ней на глубине. А над нами на поверхности оказался рыбак.

Вообще-то, насколько я знаю, район, в котором отрабатывают задачи подводные лодки, для рыбаков на это время закрывается. Но шла рыба, а рыбакам, когда идёт рыба, всё становится «до лампочки».

Была моя смена, и я сидел на пульте управления ГЭУ. Вся смена в центральном посту услышала скрежет по правому борту в районе рубки подводной лодки. Вахтенный мичман обходил отсеки и доложил из кормы: «Скрежет по правому борту!».

У меня установка работала на мощности до 20%, турбина на передний ход, а штурман докладывает, что ход по лагу ноль, стоим.

Начали проваливаться, боцман докладывает, что глубина растёт. Увеличили мощность до 100%, поняли — что-то не то, дали реверс турбине, подвсплыли, выстрелили КСП, начали всплывать и увидели быстро удиравшего рыбака!

У нас на лодке рым был приварен для подъёма всплывающей капсулы, его почему-то оставили — так вот, его тросом срезало как по маслу. Видимо, первым мы зацепились именно за трос и потихоньку по нему начали спускаться к рыбе. Крен у нас был приличный, мне приходилось держаться, чтобы из кресла не выпасть.

А рыбак бросил все свои сети и удрал с места происшествия. Зрелище аварийного всплытия подводной лодки оказалось не для его нервов.

Специалисты и технология

Про специалистов из атомной отрасли, которые принимали участие в создании и эксплуатации лодок, что Вы можете сказать?

На флотилии была отлаженная система обслуживания кораблей, представители промышленности и разработчики у нас всё время присутствовали. У них было своё общежитие — пятиэтажный дом, переделанный под гостиницу. При необходимости вызывались специалисты, которых в данный момент не было.

Отношения у моряков-подводников с ними были хорошие, рабочие. На любой интересующий нас вопрос можно было получить ответ. И я считаю, что они создали отличную установку, которая, на мой взгляд, себя оправдала.

Конечно, споры по отдельным вопросам у нас бывали. У меня была ситуация, когда во время испытаний Б-123 в Северодвинске, при вводе ГЭУ в действие для выхода в море, потекла паровая прокладка на соединении трубки, по которой подавался пар на дроссельное уплотнение.

Вскрыли вместе с гражданскими специалистами. На стыке установлена красномедная прокладка. Спрашиваю: «Почему?». Отвечают: «По техническим условиям так положено». Я посоветовал поменять её на обыкновенную паронитовую прокладку. Сделали так, и это соединение у меня больше ни разу не парило.

Прощались с нами работники завода очень тепло. Когда мы отходили от дебаркадера для перехода Б-123 в пункт базирования, заводчане провожали нас, стояли на дебаркадере и плакали, не скрывая слёз.

Вам хотелось бы, чтобы свинцово-висмутовые лодки снова появились?

Безусловно! Знаю, что вопрос об этом поднимался неоднократно. Контр-адмирал Леонард Борисович Никитин, с которым я служил в Обнинске в Учебном центре, считает, что свинцово-висмутовые установки для флота нужны в обязательном порядке.

У нас накоплен большой опыт эксплуатации 705-ого проекта. Конечно, многое в нём сегодня стоило бы поменять, поставить современные системы гидроакустики и радиолокации, заменить ключи на джойстики, установить мониторы вместо мнемосхем и так далее. Но в реакторной установке сомневаться не приходится.

И ещё я скажу, что нам в обязательном порядке необходимо сохранить свинцово-висмутовую технологию. Есть у нас люди, которые ей занимались и занимаются, много для её сохранения сделано в ФЭИ. Есть проект реактора СВБР. Уверен, что продолжать разработки по свинцу-висмуту нужно, пусть даже с прицелом не на сегодняшний день, а на будущее.

Спасибо, Андрей Анатольевич, за интервью для электронного издания AtomInfo.Ru.

Фото Сергей Стожилов.
Щёлкните левой клавишей мыши для просмотра.

Подтверждены заявленные характеристики реактора, обеспечивающие неограниченную дальность полёта ракеты.

Вскоре должен завершиться этап CD-0.

В этом году исполняется 120 лет со дня рождения Н.А.Доллежаля

Источник