Nick Connor

A corrosão é a deterioração de um material devido à interação química com o meio ambiente. É um processo natural no qual os metais convertem sua estrutura em uma forma quimicamente mais estável, como óxidos, hidróxidos ou sulfetos. As consequências da corrosão são muito comuns. Exemplos familiares incluem a ferrugem de painéis e tubulações de carrocerias automotivas e muitas ferramentas. A corrosão costuma ser um fenômeno negativo, pois está associada à falha mecânica de um objeto. Átomos de metal são removidos de um elemento estrutural até que ele falhe, ou óxidos se acumulam dentro de um tubo até que seja entupido. Todos os metais e ligas estão sujeitos à corrosão. Mesmo os metais nobres, como o ouro, estão sujeitos ao ataque corrosivo em alguns ambientes.

Proteção contra corrosão

Como foi escrito, o problema da corrosão metálica é significativo. Em termos econômicos, estima-se que aproximadamente 5% da renda de uma nação industrializada é gasta na prevenção da corrosão e na manutenção ou substituição de produtos perdidos ou contaminados como resultado de reações de corrosão. Portanto, vários tratamentos são usados ​​para retardar os danos por corrosão em objetos metálicos expostos ao clima, água salgada, ácidos ou outros ambientes hostis. Uma vez que existem muitas formas de corrosão, existem muitas maneiras de parar ou mitigar a corrosão. Em todos os casos, depende do material a ser protegido e também do ambiente em que o material é utilizado. Os metais podem ser protegidos da corrosão usando um metal em um ambiente ao qual ele é imune, fazendo uma barreira física entre o metal e seu ambiente,

Proteção catódica

Proteção catódica é uma forma muito eficaz de protecção contra a corrosão baseada na utilização de um material mais anódico do que o metal a proteger. O metal protegido é conectado eletricamente a outro metal que é mais reativo no ambiente específico. O metal menos resistente à corrosão torna-se ânodo e o metal com maior resistência à corrosão torna-se cátodo. A corrosão da resistência menos corrosiva geralmente é aumentada e o ataque em material mais resistente é diminuído. Existe uma diferença no potencial elétrico entre os diferentes metais e serve como força motriz para o fluxo de corrente elétrica através do corrosivo ou eletrólito. Os sistemas de proteção catódica são mais comumente usados ​​para proteger estruturas metálicas enterradas ou submersas da corrosão, como tubulações e tanques de aço. magnésio, zinco, e ligas de alumínio são ânodos de sacrifício comuns. Ânodos de magnésio são mais comumente usados ​​para aplicações de solo enterrado. O zinco é mais frequentemente usado para aplicações marinhas de água doce e salgada. As ligas de alumínio são mais frequentemente usadas para estruturas offshore.

Ciência de materiais:

1. Departamento de Energia dos EUA, Ciência de Materiais. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 e 2. Janeiro de 1993.
2. Departamento de Energia dos EUA, Ciência de Materiais. DOE Fundamentals Handbook, Volume 2 e 2. Janeiro de 1993.
3. William D. Callister, David G. Rethwisch. Ciência e Engenharia de Materiais: Uma Introdução 9ª Edição, Wiley; 9 edição (4 de dezembro de 2013), ISBN-13: 978-1118324578.
4. Eberhart, Mark (2003). Por que as coisas quebram: entendendo o mundo pela maneira como ele se desfaz. Harmonia. ISBN 978-1-4000-4760-4.
5. Gaskell, David R. (1995). Introdução à Termodinâmica dos Materiais (4ª ed.). Editora Taylor e Francis. ISBN 978-1-56032-992-3.
6. González-Viñas, W. & Mancini, HL (2004). Uma Introdução à Ciência dos Materiais. Princeton University Press. ISBN 978-0-691-07097-1.
7. Ashby, Michael; Hugh Shercliff; David Cebon (2007). Materiais: engenharia, ciência, processamento e design (1ª ed.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-8391-3.
8. JR Lamarsh, AJ Baratta, Introdução à Engenharia Nuclear, 3ª ed., Prentice-Hall, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.

Veja acima:
Corrosão

A corrosão é a deterioração de um material devido à interação química com o meio ambiente. É um processo natural no qual os metais convertem sua estrutura em uma forma quimicamente mais estável, como óxidos, hidróxidos ou sulfetos. As consequências da corrosão são muito comuns. Exemplos familiares incluem a ferrugem de painéis e tubulações de carrocerias automotivas e muitas ferramentas. A corrosão costuma ser um fenômeno negativo, pois está associada à falha mecânica de um objeto. Átomos de metal são removidos de um elemento estrutural até que ele falhe, ou óxidos se acumulam dentro de um tubo até que seja entupido. Todos os metais e ligas estão sujeitos à corrosão. Mesmo os metais nobres, como o ouro, estão sujeitos ao ataque corrosivo em alguns ambientes.

Proteção contra corrosão

Como foi escrito, o problema da corrosão metálica é significativo. Em termos econômicos, estima-se que aproximadamente 5% da renda de uma nação industrializada é gasta na prevenção da corrosão e na manutenção ou substituição de produtos perdidos ou contaminados como resultado de reações de corrosão. Portanto, vários tratamentos são usados ​​para retardar os danos por corrosão em objetos metálicos expostos ao clima, água salgada, ácidos ou outros ambientes hostis. Uma vez que existem muitas formas de corrosão, existem muitas maneiras de parar ou mitigar a corrosão. Em todos os casos, depende do material a ser protegido e também do ambiente em que o material é utilizado. Os metais podem ser protegidos da corrosão usando um metal em um ambiente ao qual ele é imune, fazendo uma barreira física entre o metal e seu ambiente,

Anodização

A anodização é um processo de passivação eletrolítica usado para aumentar a espessura da camada de óxido natural na superfície das peças metálicas. Um número limitado de metais, como aços inoxidáveis, pode atingir a passividade. O processo é chamado de anodização porque a peça a ser tratada forma o eletrodo anódico de uma célula eletrolítica. As ligas de alumínio são geralmente anodizadas para aumentar a resistência à corrosão e permitir o tingimento (coloração).

Ciência de materiais:

1. Departamento de Energia dos EUA, Ciência de Materiais. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 e 2. Janeiro de 1993.
2. Departamento de Energia dos EUA, Ciência de Materiais. DOE Fundamentals Handbook, Volume 2 e 2. Janeiro de 1993.
3. William D. Callister, David G. Rethwisch. Ciência e Engenharia de Materiais: Uma Introdução 9ª Edição, Wiley; 9 edição (4 de dezembro de 2013), ISBN-13: 978-1118324578.
4. Eberhart, Mark (2003). Por que as coisas quebram: entendendo o mundo pela maneira como ele se desfaz. Harmonia. ISBN 978-1-4000-4760-4.
5. Gaskell, David R. (1995). Introdução à Termodinâmica dos Materiais (4ª ed.). Editora Taylor e Francis. ISBN 978-1-56032-992-3.
6. González-Viñas, W. & Mancini, HL (2004). Uma Introdução à Ciência dos Materiais. Princeton University Press. ISBN 978-0-691-07097-1.
7. Ashby, Michael; Hugh Shercliff; David Cebon (2007). Materiais: engenharia, ciência, processamento e design (1ª ed.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-8391-3.
8. JR Lamarsh, AJ Baratta, Introdução à Engenharia Nuclear, 3ª ed., Prentice-Hall, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.

Veja acima:
Corrosão

CRUDs em Usinas Elétricas

Na engenharia nuclear, “CRUD” é um termo técnico para corrosão e produtos de desgaste (partículas de ferrugem, etc.) no refrigerante que se tornam radioativos quando expostos à radiação. O termo é na verdade um acrônimo para Chalk River Unidentified Deposits, originalmente encontrado no revestimento, ou revestimento externo, de varetas de combustível no reator canadense para o qual foi nomeado. CRUD pode ser definido como produtos de corrosão circulantes depositados ou suspensos, principalmente óxidos metálicos, formados pela reação da água com materiais de tubulação. De acordo com o ICRP, o CRUD formado nas usinas é a principal fonte de exposição do operador à radiação.

Além desses aspectos radiológicos, os CRUDs podem ter uma série de efeitos adversos na planta e seus componentes. Estes podem incluir o seguinte:

• Incrustação mecânica do equipamento.
• Aumento na queda de pressão através do núcleo

A usina deve ser projetada para minimizar a corrosão e a deposição. Esse projeto inclui a remoção eficiente de produtos de corrosão, o sistema de purificação, o projeto e a organização de equipamentos para minimizar a deposição de petróleo bruto e a seleção da química do refrigerante para reduzir a corrosão.

Ciência de materiais:

1. Departamento de Energia dos EUA, Ciência de Materiais. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 e 2. Janeiro de 1993.
2. Departamento de Energia dos EUA, Ciência de Materiais. DOE Fundamentals Handbook, Volume 2 e 2. Janeiro de 1993.
3. William D. Callister, David G. Rethwisch. Ciência e Engenharia de Materiais: Uma Introdução 9ª Edição, Wiley; 9 edição (4 de dezembro de 2013), ISBN-13: 978-1118324578.
4. Eberhart, Mark (2003). Por que as coisas quebram: entendendo o mundo pela maneira como ele se desfaz. Harmonia. ISBN 978-1-4000-4760-4.
5. Gaskell, David R. (1995). Introdução à Termodinâmica dos Materiais (4ª ed.). Editora Taylor e Francis. ISBN 978-1-56032-992-3.
6. González-Viñas, W. & Mancini, HL (2004). Uma Introdução à Ciência dos Materiais. Princeton University Press. ISBN 978-0-691-07097-1.
7. Ashby, Michael; Hugh Shercliff; David Cebon (2007). Materiais: engenharia, ciência, processamento e design (1ª ed.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-8391-3.
8. JR Lamarsh, AJ Baratta, Introdução à Engenharia Nuclear, 3ª ed., Prentice-Hall, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.

Veja acima:
Corrosão

A corrosão é a deterioração de um material devido à interação química com o meio ambiente. É um processo natural no qual os metais convertem sua estrutura em uma forma quimicamente mais estável, como óxidos, hidróxidos ou sulfetos. As consequências da corrosão são muito comuns. Exemplos familiares incluem a ferrugem de painéis e tubulações de carrocerias automotivas e muitas ferramentas. A corrosão costuma ser um fenômeno negativo, pois está associada à falha mecânica de um objeto. Átomos de metal são removidos de um elemento estrutural até que ele falhe, ou óxidos se acumulam dentro de um tubo até que seja entupido. Todos os metais e ligas estão sujeitos à corrosão. Mesmo os metais nobres, como o ouro, estão sujeitos ao ataque corrosivo em alguns ambientes.

Proteção contra corrosão

Como foi escrito, o problema da corrosão metálica é significativo. Em termos econômicos, estima-se que aproximadamente 5% da renda de uma nação industrializada é gasta na prevenção da corrosão e na manutenção ou substituição de produtos perdidos ou contaminados como resultado de reações de corrosão. Portanto, vários tratamentos são usados ​​para retardar os danos por corrosão em objetos metálicos expostos ao clima, água salgada, ácidos ou outros ambientes hostis. Uma vez que existem muitas formas de corrosão, existem muitas maneiras de parar ou mitigar a corrosão. Em todos os casos, depende do material a ser protegido e também do ambiente em que o material é utilizado. Os metais podem ser protegidos da corrosão usando um metal em um ambiente ao qual ele é imune, fazendo uma barreira física entre o metal e seu ambiente,

Inibidores de Corrosão

Se o ambiente for controlado (especialmente em sistemas de recirculação), frequentemente podem ser adicionados inibidores de corrosão. Esses produtos químicos formam um revestimento eletricamente isolante ou quimicamente impermeável em superfícies metálicas expostas, para suprimir reações eletroquímicas. Os inibidores de corrosão são produtos químicos que, quando adicionados ao meio ambiente em concentrações relativamente baixas, reduzem a taxa de um processo corrosivo. Qual substância que age como inibidor depende tanto do ambiente corrosivo quanto da liga. Os inibidores são normalmente usados ​​em sistemas fechados, como radiadores de automóveis e caldeiras de vapor. Um exemplo desse princípio é o uso de anticongelante em carros. A eficácia de um inibidor depende de vários mecanismos diferentes. Alguns reagem com as espécies quimicamente ativas na solução, enquanto outros reagem com a superfície corrosiva e interferem na reação corrosiva ou formam uma fina camada protetora. Por exemplo, o oxigênio é geralmente removido por inibidores redutores, como aminas e hidrazinas. Neste exemplo, a hidrazina converte oxigênio, um agente corrosivo comum, em água, que geralmente é benigna. Muitos inibidores também são tóxicos e, portanto, não são adequados para uso em todas as aplicações. Outra limitação dos inibidores é que eles geralmente perdem a eficácia quando a temperatura e a concentração do ambiente aumentam. um agente corrosivo comum, à água, que geralmente é benigna. Muitos inibidores também são tóxicos e, portanto, não são adequados para uso em todas as aplicações. Outra limitação dos inibidores é que eles geralmente perdem a eficácia quando a temperatura e a concentração do ambiente aumentam. um agente corrosivo comum, à água, que geralmente é benigna. Muitos inibidores também são tóxicos e, portanto, não são adequados para uso em todas as aplicações. Outra limitação dos inibidores é que eles geralmente perdem a eficácia quando a temperatura e a concentração do ambiente aumentam.

Ciência de materiais:

1. Departamento de Energia dos EUA, Ciência de Materiais. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 e 2. Janeiro de 1993.
2. Departamento de Energia dos EUA, Ciência de Materiais. DOE Fundamentals Handbook, Volume 2 e 2. Janeiro de 1993.
3. William D. Callister, David G. Rethwisch. Ciência e Engenharia de Materiais: Uma Introdução 9ª Edição, Wiley; 9 edição (4 de dezembro de 2013), ISBN-13: 978-1118324578.
4. Eberhart, Mark (2003). Por que as coisas quebram: entendendo o mundo pela maneira como ele se desfaz. Harmonia. ISBN 978-1-4000-4760-4.
5. Gaskell, David R. (1995). Introdução à Termodinâmica dos Materiais (4ª ed.). Editora Taylor e Francis. ISBN 978-1-56032-992-3.
6. González-Viñas, W. & Mancini, HL (2004). Uma Introdução à Ciência dos Materiais. Princeton University Press. ISBN 978-0-691-07097-1.
7. Ashby, Michael; Hugh Shercliff; David Cebon (2007). Materiais: engenharia, ciência, processamento e design (1ª ed.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-8391-3.
8. JR Lamarsh, AJ Baratta, Introdução à Engenharia Nuclear, 3ª ed., Prentice-Hall, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.

Veja acima:
Corrosão

Os reatores de água pressurizada usam um vaso de pressão do reator (RPV) para conter o combustível nuclear, o moderador, as hastes de controle e o refrigerante. Eles são resfriados e moderados por água líquida de alta pressão (por exemplo, 16MPa). Nesta pressão, a água ferve a aproximadamente 350°C (662°F). A temperatura de entrada da água é de cerca de 290°C (554°F). A água (refrigerante) é aquecida no núcleo do reator a aproximadamente 325°C (617°F) conforme a água flui através do núcleo. Como pode ser visto, o reator tem aproximadamente 25°C de refrigerante sub-resfriado (distância da saturação).

O vaso de pressão do reator é o vaso de pressão que contém o núcleo do reator e outros componentes internos do reator. É um vaso cilíndrico com um cabeçote inferior hemisférico e um cabeçote superior flangeado e vedado. A cabeça inferior é soldada ao invólucro cilíndrico enquanto a cabeça superior é aparafusada ao invólucro cilíndrico por meio de flanges. A cabeça superior é removível para permitir o reabastecimento do reator durante as interrupções planejadas.

O corpo do vaso do reator é construído em aço carbono de baixa liga de alta qualidade e todas as superfícies que entram em contato com o refrigerante do reator são revestidas com um mínimo de cerca de 3 a 10 mm de aço inoxidável austenítico (por exemplo, 304L) para para minimizar a corrosão.

O aço de baixo carbono, também conhecido como aço macio, é agora a forma mais comum de aço porque seu preço é relativamente baixo, ao mesmo tempo em que fornece propriedades de material aceitáveis ​​para muitas aplicações. O aço de baixo carbono contém aproximadamente 0,05–0,25% de carbono, tornando-o maleável e dúctil. O aço macio tem uma resistência à tração relativamente baixa, mas tem alta tenacidade e é fácil de formar. Os requisitos especiais para materiais do vaso do reator incluem baixa capacidade de ativação (especialmente devido à formação de Co-60). Exemplos de aços carbono de baixa liga de alta qualidade:

• SA-508 Gr.3 Cl.2 (aço ferrítico de baixa liga)
• 15Kh2NMFA (aço ferrítico de baixa liga)

Agentes de Liga

O ferro puro é muito mole para ser usado como estrutura, mas a adição de pequenas quantidades de outros elementos (carbono, manganês ou cromo, por exemplo) aumenta muito sua resistência mecânica. O efeito sinérgico dos elementos de liga e do tratamento térmico produz uma enorme variedade de microestruturas e propriedades. Os quatro principais elementos de liga são:

• Cromo. Nestes aços, o cromo aumenta a dureza e a resistência. De um modo geral, a concentração especificada para a maioria dos graus é de aproximadamente 2%. Este nível parece resultar no melhor equilíbrio entre dureza e tenacidade. O cromo desempenha um papel importante no mecanismo de endurecimento e é considerado insubstituível. Em temperaturas mais altas, o cromo contribui com maior resistência.
• Níquel. O níquel não forma nenhum composto de carboneto no aço, ele permanece em solução na ferrita, fortalecendo e endurecendo a fase de ferrita.
• Molibdênio. O molibdênio (cerca de 0,50-8,00%) quando adicionado a um aço o torna mais resistente a altas temperaturas. O molibdênio aumenta a temperabilidade e a resistência, principalmente em altas temperaturas devido ao alto ponto de fusão do molibdênio. O molibdênio é único na medida em que aumenta a resistência à tração e à fluência do aço em altas temperaturas.

Os aços inoxidáveis ​​austeníticos, que são usados ​​como revestimento resistente à corrosão, contêm entre 16 e 25% de cromo e também podem conter nitrogênio em solução, ambos os quais contribuem para sua resistência à corrosão relativamente alta. O grau mais conhecido é o aço inoxidável AISI 304, que contém cromo (entre 15% e 20%) e níquel (entre 2% e 10,5%) metais como principais constituintes não ferrosos. O aço inoxidável 304 possui excelente resistência a uma ampla gama de ambientes atmosféricos e a muitos meios corrosivos. Essas ligas são geralmente caracterizadas como dúcteis, soldáveis ​​e endurecíveis por conformação a frio.

O aço inoxidável tipo 304L, amplamente utilizado na indústria nuclear, é uma versão de carbono extra baixo da liga de aço 304. Este grau tem propriedades mecânicas ligeiramente inferiores ao grau 304 padrão, mas ainda é amplamente utilizado graças à sua versatilidade. O menor teor de carbono no 304L minimiza a precipitação deletéria ou prejudicial de carboneto como resultado da soldagem. O 304L pode, portanto, ser usado “como soldado” em ambientes de corrosão severa e elimina a necessidade de recozimento. O grau 304 também possui boa resistência à oxidação em serviço intermitente a 870 °C e em serviço contínuo a 925°C. Como o grau 304L não requer recozimento pós-soldagem, ele é amplamente utilizado em componentes de bitola pesada. Exemplos de aços inoxidáveis ​​usados:

• Tipo de aço inoxidável 304L
• Tipo 08Kh18N10T aço inoxidável

Os vasos de pressão do reator são os componentes-chave de maior prioridade em usinas nucleares. O vaso de pressão do reator abriga o núcleo do reator e, devido à sua função, tem importância direta para a segurança. Durante a operação de uma usina nuclear, o material do vaso de pressão do reator é exposto à radiação de nêutrons (especialmente a nêutrons rápidos), o que resulta em fragilização localizada do aço e soldas na área do núcleo do reator. A fim de minimizar tal degradação do material, refletores radiais de nêutrons são instalados ao redor do núcleo do reator. Existem dois tipos básicos de refletores de nêutrons, o defletor de núcleo e o defletor de nêutrons.refletor pesado. Devido à maior densidade de número atômico, os refletores pesados ​​reduzem o vazamento de nêutrons (especialmente de nêutrons rápidos) do núcleo de forma mais eficiente do que o defletor do núcleo. Como o vaso de pressão do reator é considerado insubstituível, esses efeitos de envelhecimento do RPV têm o potencial de ser condições limitantes da vida útil de uma usina nuclear.

Problemas materiais e desafios de reatores nucleares

Os principais problemas, ou melhor, desafios, que devem ser levados em conta ao projetar reatores, são:

• Tensões de pressão e temperatura com limites associados
  • Limites de Pressão e Temperatura (P/T)
  • Taxas de aquecimento e resfriamento
  • Limites de proteção contra sobrepressão de baixa temperatura
  • Choque Térmico Pressurizado
• Danos por radiação aos materiais do reator
  • Temperatura de transição dúctil-frágil
  • Tenacidade da prateleira superior
• Corrosão

Referência Especial: Relatório de Status do Vaso de Pressão do Reator, US NRC. NUREG-1511. Escritório de Regulação de Reatores Nucleares Comissão Reguladora Nuclear dos EUA, Washington, 1994.

Ciência de materiais:

1. Departamento de Energia dos EUA, Ciência de Materiais. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 e 2. Janeiro de 1993.
2. Departamento de Energia dos EUA, Ciência de Materiais. DOE Fundamentals Handbook, Volume 2 e 2. Janeiro de 1993.
3. William D. Callister, David G. Rethwisch. Ciência e Engenharia de Materiais: Uma Introdução 9ª Edição, Wiley; 9 edição (4 de dezembro de 2013), ISBN-13: 978-1118324578.
4. Eberhart, Mark (2003). Por que as coisas quebram: entendendo o mundo pela maneira como ele se desfaz. Harmonia. ISBN 978-1-4000-4760-4.
5. Gaskell, David R. (1995). Introdução à Termodinâmica dos Materiais (4ª ed.). Editora Taylor e Francis. ISBN 978-1-56032-992-3.
6. González-Viñas, W. & Mancini, HL (2004). Uma Introdução à Ciência dos Materiais. Princeton University Press. ISBN 978-0-691-07097-1.
7. Ashby, Michael; Hugh Shercliff; David Cebon (2007). Materiais: engenharia, ciência, processamento e design (1ª ed.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-8391-3.
8. JR Lamarsh, AJ Baratta, Introdução à Engenharia Nuclear, 3ª ed., Prentice-Hall, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.

Veja acima:
Materiais da Usina Elétrica

Tensões de pressão são tensões induzidas em vasos contendo materiais pressurizados. A carga é fornecida pela mesma força que produz a thermodynamics/thermodynamic-properties/what-is-pressure-physics/”>pressão. Tensões térmicas existem sempre que gradientes de temperatura estão presentes em um material. Diferentes thermodynamics/thermodynamic-properties/what-is-temperature-physics/”>temperaturas produzem diferentes expansões e sujeitam os materiais a tensões internas. Esse tipo de tensão é particularmente perceptível em mecanismos que operam em altas temperaturas e são resfriados por um fluido frio. Essas tensões podem ser compostas de tensão de tração , que é a tensão decorrente de forças que atuam em direções opostas tendendo a separar um material, e tensão de compressão, que é a tensão decorrente de forças que atuam em direções opostas tendendo a unir um material. Essas tensões, de natureza cíclica, podem levar à falha por fadiga dos materiais.

O vaso de pressão do reator e a tubulação, ao contrário, estão sujeitos a grandes variações de carga, mas a frequência do ciclo é baixa; portanto, alta ductilidade é o principal requisito para o aço. Mangas térmicas são usadas em alguns casos, como bicos de pulverização e linhas de aumento, para minimizar tensões térmicas. Os limites de taxa de aquecimento e esfriamento são baseados no impacto na futura vida de fadiga da planta. Os limites de aquecimento e resfriamento garantem que a vida de fadiga da planta seja igual ou maior que a vida operacional da planta. Além disso, as modificações do projeto da planta incluem, por exemplo, o aquecimento dos tanques ou reservatórios de água do Sistema de Resfriamento Central de Emergência (ECCS) para reduzir a diferença de temperatura entre a água injetada e o material do RPV.

Uma questão de segurança que é um problema de longo prazo causado pelo envelhecimento das instalações nucleares é o choque térmico pressurizado (PTS). PTS é o choque experimentado por um vaso de paredes espessas devido às tensões combinadas de uma mudança rápida de temperatura e/ou pressão.

Referência Especial: Relatório de Status do Vaso de Pressão do Reator, US NRC. NUREG-1511. Escritório de Regulação de Reatores Nucleares Comissão Reguladora Nuclear dos EUA, Washington, 1994.

Limites de Pressão e Temperatura (P/T)

Os Limites de Pressão e Temperatura (P/T) são curvas limites definidas na Especificação Técnica da usina. Cada curva de limite P/T define uma região aceitável para operação normal. 10 CFR 50, Apêndice G, requer o estabelecimento de limites P/T para requisitos específicos de tenacidade à fratura de material dos materiais de limite de pressão. Os limites de PT são derivados com base em análises mecânicas de fratura elástica linear (LEFM). Nessas análises, a temperatura mínima necessária para garantir margens adequadas contra falha do RPV é determinada em função da pressão.

P/T baseiam-se nas limitações de tensão do vaso e da cabeça do reator e na necessidade de impedir a fratura frágil do vaso e da cabeça do reator. O uso usual das curvas é orientação operacional durante manobras de aquecimento ou resfriamento, quando as indicações de pressão e temperatura são monitoradas e comparadas com a curva aplicável para determinar se a operação está dentro da região permitida. As curvas utilizadas pelas operações também incorporam o erro do instrumento para garantir uma margem de segurança adequada. Devido aos efeitos de fragilização da irradiação de nêutrons, a curva MPT se deslocará para a direita ao longo da vida útil do núcleo para explicar o aumento da fragilidade ou a diminuição da ductilidade.

Ciência de materiais:

1. Departamento de Energia dos EUA, Ciência de Materiais. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 e 2. Janeiro de 1993.
2. Departamento de Energia dos EUA, Ciência de Materiais. DOE Fundamentals Handbook, Volume 2 e 2. Janeiro de 1993.
3. William D. Callister, David G. Rethwisch. Ciência e Engenharia de Materiais: Uma Introdução 9ª Edição, Wiley; 9 edição (4 de dezembro de 2013), ISBN-13: 978-1118324578.
4. Eberhart, Mark (2003). Por que as coisas quebram: entendendo o mundo pela maneira como ele se desfaz. Harmonia. ISBN 978-1-4000-4760-4.
5. Gaskell, David R. (1995). Introdução à Termodinâmica dos Materiais (4ª ed.). Editora Taylor e Francis. ISBN 978-1-56032-992-3.
6. González-Viñas, W. & Mancini, HL (2004). Uma Introdução à Ciência dos Materiais. Princeton University Press. ISBN 978-0-691-07097-1.
7. Ashby, Michael; Hugh Shercliff; David Cebon (2007). Materiais: engenharia, ciência, processamento e design (1ª ed.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-8391-3.
8. JR Lamarsh, AJ Baratta, Introdução à Engenharia Nuclear, 3ª ed., Prentice-Hall, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.

Veja acima:
Materiais da Usina Elétrica

Tensões de pressão são tensões induzidas em vasos contendo materiais pressurizados. A carga é fornecida pela mesma força que produz a thermodynamics/thermodynamic-properties/what-is-pressure-physics/”>pressão. Tensões térmicas existem sempre que gradientes de temperatura estão presentes em um material. Diferentes thermodynamics/thermodynamic-properties/what-is-temperature-physics/”>temperaturas produzem diferentes expansões e sujeitam os materiais a tensões internas. Esse tipo de tensão é particularmente perceptível em mecanismos que operam em altas temperaturas e são resfriados por um fluido frio. Essas tensões podem ser compostas de tensão de tração, que é a tensão decorrente de forças que atuam em direções opostas tendendo a separar um material, e tensão de compressão, que é a tensão decorrente de forças que atuam em direções opostas tendendo a unir um material. Essas tensões, de natureza cíclica, podem levar à falha por fadiga dos materiais.

O vaso de pressão do reator e a tubulação, ao contrário, estão sujeitos a grandes variações de carga, mas a frequência do ciclo é baixa; portanto, alta ductilidade é o principal requisito para o aço. Mangas térmicas são usadas em alguns casos, como bicos de pulverização e linhas de aumento, para minimizar tensões térmicas. Os limites de taxa de aquecimento e esfriamento são baseados no impacto na futura vida de fadiga da planta. Os limites de aquecimento e resfriamento garantem que a vida de fadiga da planta seja igual ou maior que a vida operacional da planta. Além disso, as modificações do projeto da planta incluem, por exemplo, o aquecimento dos tanques ou reservatórios de água do Sistema de Resfriamento Central de Emergência (ECCS) para reduzir a diferença de temperatura entre a água injetada e o material do RPV.

Uma questão de segurança que é um problema de longo prazo causado pelo envelhecimento das instalações nucleares é o choque térmico pressurizado (PTS). PTS é o choque experimentado por um vaso de paredes espessas devido às tensões combinadas de uma mudança rápida de temperatura e/ou pressão.

Referência Especial: Relatório de Status do Vaso de Pressão do Reator, US NRC. NUREG-1511. Escritório de Regulação de Reatores Nucleares Comissão Reguladora Nuclear dos EUA, Washington, 1994.

Limites de Pressão e Temperatura (P/T)

Os limites de pressão e temperatura (P/T) são curvas limites definidas na Especificação Técnica da usina. Cada curva de limite P/T define uma região aceitável para operação normal. 10 CFR 50, Apêndice G, requer o estabelecimento de limites P/T para requisitos específicos de tenacidade à fratura de material dos materiais de limite de pressão. Os limites de PT são derivados com base em análises mecânicas de fratura elástica linear (LEFM). Nessas análises, a temperatura mínima necessária para garantir margens adequadas contra falha do RPV é determinada em função da pressão.

P/T baseiam-se nas limitações de tensão do vaso e da cabeça do reator e na necessidade de impedir a fratura frágil do vaso e da cabeça do reator. O uso usual das curvas é orientação operacional durante manobras de aquecimento ou resfriamento, quando as indicações de pressão e temperatura são monitoradas e comparadas com a curva aplicável para determinar se a operação está dentro da região permitida. As curvas utilizadas pelas operações também incorporam o erro do instrumento para garantir uma margem de segurança adequada. Devido aos efeitos de fragilização da irradiação de nêutrons, a curva MPT se deslocará para a direita ao longo da vida útil do núcleo para explicar o aumento da fragilidade ou a diminuição da ductilidade.

Choque Térmico Pressurizado – PTS

Em geral, o choque térmico é uma carga mecânica causada por uma rápida mudança de temperatura de um determinado ponto. A mudança de temperatura causa tensões na superfície que estão sob tensão, o que pode favorecer a formação e propagação de trincas. Normalmente, os materiais cerâmicos são geralmente suscetíveis a choques térmicos, mas em algumas circunstâncias também os vasos pressurizados sofrem choques térmicos. Com aquecimento (ou resfriamento) rápido de um vaso de paredes espessas, como o vaso de pressão do reator, uma parte da parede pode tentar expandir (ou contrair) enquanto a seção adjacente, que ainda não foi exposta à mudança de temperatura, tenta para contê-lo.

Choque Térmico Pressurizado, PTS, significa um evento ou transiente em reatores de água pressurizada (PWRs) causando super-resfriamento severo (choque térmico) concomitante ou seguido por pressão significativa no vaso do reator. Neste cenário de acidente, a água fria entra em um reator enquanto o vaso está pressurizado. Isso esfria rapidamente o recipiente e coloca grandes tensões térmicas no aço. Eventos graves de super-resfriamento do sistema do reator que podem ser acompanhados por pressurização ou repressurização do vaso do reator podem resultar de uma variedade de causas. A pressão no sistema do reator aumenta a gravidade do choque térmico devido à adição de estresse de pressão. Os transientes, que combinam alta pressão do sistema e um choque térmico severo, são potencialmente mais perigosos devido ao efeito adicional das tensões de tração no interior da parede do vaso do reator. Os transientes relacionados ao PTS incluem:

• válvulas emperradas no sistema primário,
• válvulas emperradas no sistema secundário,
• pequenos acidentes de perda de refrigerante com injeção subseqüente de água do sistema de resfriamento de núcleo de emergência (ECCS),
• quebras na linha principal de vapor,
• rupturas na linha de água de alimentação.

O NRC criou 10 CFR Parte 50,61 e 50,61a – a “regra PTS” e a “regra PTS alternativa” – para garantir que o aço da embarcação permaneça forte o suficiente para proteger a integridade da embarcação. Essas regras exigem avaliações adicionais ou outras ações se a fragilização atingir certos limites.

RT_NDT = RT_NDT(U) + M + ΔRT_NDT

 Onde:

• RT_NDT significa a temperatura de referência para um material do vaso do reator, sob quaisquer condições. Para os materiais da linha de cintura do vaso do reator, o RTNDT deve levar em consideração os efeitos da radiação de nêutrons.
• RT_NDT(U) significa a temperatura de referência para um material do vaso do reator na condição pré-serviço ou não irradiada.
• ΔRT_NDT é o aumento em RT_NDT causado pela irradiação
• M é uma margem adicionada para cobrir incertezas nas propriedades iniciais, teores de cobre e níquel, fluência e procedimentos de cálculo. Quanto maiores as quantidades de cobre, níquel e fluência de nêutrons, maior o aumento.

Enquanto a tenacidade à fratura do material do vaso do reator for relativamente alta, tais eventos não ameaçarão a integridade do RPV. No entanto, a tenacidade à fratura dos materiais do vaso do reator diminui com a exposição a nêutrons rápidos durante a vida útil de uma usina nuclear. Se a tenacidade à fratura do material do vaso tiver sido reduzida o suficiente, eventos PTS graves podem causar a propagação de pequenas falhas que podem existir perto da superfície interna do vaso. A suposta falha inicial pode se propagar em uma rachadura através da parede do vaso de extensão suficiente para ameaçar a integridade do vaso e, portanto, a capacidade de resfriamento do núcleo.

Embora o PTS não afete os reatores de água fervente, há condições muito limitadas em que esses vasos podem sobrepressurizar em baixas temperaturas.

Referência Especial: NUREG-1511, Relatório de Status do Vaso de Pressão do Reator. Comissão Reguladora Nuclear dos EUA, Washington, DC, 1994.

Referência especial: DOE FUNDAMENTALS HANDBOOK MATERIAL SCIENCE Volume 2 de 2, DOE-HDBK-1017/2-93, Washington, DC, 1993.

Ciência de materiais:

1. Departamento de Energia dos EUA, Ciência de Materiais. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 e 2. Janeiro de 1993.
2. Departamento de Energia dos EUA, Ciência de Materiais. DOE Fundamentals Handbook, Volume 2 e 2. Janeiro de 1993.
3. William D. Callister, David G. Rethwisch. Ciência e Engenharia de Materiais: Uma Introdução 9ª Edição, Wiley; 9 edição (4 de dezembro de 2013), ISBN-13: 978-1118324578.
4. Eberhart, Mark (2003). Por que as coisas quebram: entendendo o mundo pela maneira como ele se desfaz. Harmonia. ISBN 978-1-4000-4760-4.
5. Gaskell, David R. (1995). Introdução à Termodinâmica dos Materiais (4ª ed.). Editora Taylor e Francis. ISBN 978-1-56032-992-3.
6. González-Viñas, W. & Mancini, HL (2004). Uma Introdução à Ciência dos Materiais. Princeton University Press. ISBN 978-0-691-07097-1.
7. Ashby, Michael; Hugh Shercliff; David Cebon (2007). Materiais: engenharia, ciência, processamento e design (1ª ed.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-8391-3.
8. JR Lamarsh, AJ Baratta, Introdução à Engenharia Nuclear, 3ª ed., Prentice-Hall, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.

Veja acima:
Materiais da Usina Elétrica

O aquecimento do NSSS de Cold Shutdown (MODE 5) para Hot Standby (MODE3) é realizado por bombas de refrigeração do reator que são muito potentes (podem consumir até 6 MW cada) e, portanto, seu trabalho em conjunto com um calor de decaimento pode ser usado para aquecer o refrigerante primário antes da inicialização do reator. Para operar as bombas de refrigeração do reator, a pressão do sistema de refrigeração do reator deve ser aumentada para satisfazer os requisitos de cabeça de sucção líquida positiva. As bombas de refrigeração do reator são iniciadas sequencialmente. A taxa de aquecimento da planta primária é limitada a cerca de 30°C por hora, a fim de minimizar o estresse interno no material do vaso de pressão, tubulação primária e outros componentes.

Os limites de taxa de aquecimento e esfriamento são baseados no impacto na futura vida de fadiga da planta. Os limites de aquecimento e resfriamento garantem que a vida de fadiga da planta seja igual ou maior que a vida operacional da planta. Grandes componentes, como flanges, a cabeça do vaso do reator e até mesmo o próprio vaso do reator são os componentes limitantes. Normalmente, o componente mais limitante definirá as taxas de aquecimento e resfriamento.

Ciência de materiais:

1. Departamento de Energia dos EUA, Ciência de Materiais. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 e 2. Janeiro de 1993.
2. Departamento de Energia dos EUA, Ciência de Materiais. DOE Fundamentals Handbook, Volume 2 e 2. Janeiro de 1993.
3. William D. Callister, David G. Rethwisch. Ciência e Engenharia de Materiais: Uma Introdução 9ª Edição, Wiley; 9 edição (4 de dezembro de 2013), ISBN-13: 978-1118324578.
4. Eberhart, Mark (2003). Por que as coisas quebram: entendendo o mundo pela maneira como ele se desfaz. Harmonia. ISBN 978-1-4000-4760-4.
5. Gaskell, David R. (1995). Introdução à Termodinâmica dos Materiais (4ª ed.). Editora Taylor e Francis. ISBN 978-1-56032-992-3.
6. González-Viñas, W. & Mancini, HL (2004). Uma Introdução à Ciência dos Materiais. Princeton University Press. ISBN 978-0-691-07097-1.
7. Ashby, Michael; Hugh Shercliff; David Cebon (2007). Materiais: engenharia, ciência, processamento e design (1ª ed.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-8391-3.
8. JR Lamarsh, AJ Baratta, Introdução à Engenharia Nuclear, 3ª ed., Prentice-Hall, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.

Veja acima:
Materiais da Usina Elétrica

Tensões de pressão são tensões induzidas em vasos contendo materiais pressurizados. A carga é fornecida pela mesma força que produz a thermodynamics/thermodynamic-properties/what-is-pressure-physics/”>pressão. Tensões térmicas existem sempre que gradientes de temperatura estão presentes em um material. Diferentes thermodynamics/thermodynamic-properties/what-is-temperature-physics/”>temperaturas produzem diferentes expansões e sujeitam os materiais a tensões internas. Esse tipo de tensão é particularmente perceptível em mecanismos que operam em altas temperaturas e são resfriados por um fluido frio. Essas tensões podem ser compostas de tensão de tração, que é a tensão decorrente de forças que atuam em direções opostas tendendo a separar um material, e tensão de compressão, que é a tensão decorrente de forças que atuam em direções opostas tendendo a unir um material. Essas tensões, de natureza cíclica, podem levar à falha por fadiga dos materiais.

O vaso de pressão do reator e a tubulação, ao contrário, estão sujeitos a grandes variações de carga, mas a frequência do ciclo é baixa; portanto, alta ductilidade é o principal requisito para o aço. Mangas térmicas são usadas em alguns casos, como bicos de pulverização e linhas de aumento, para minimizar tensões térmicas. Os limites de taxa de aquecimento e esfriamento são baseados no impacto na futura vida de fadiga da planta. Os limites de aquecimento e resfriamento garantem que a vida de fadiga da planta seja igual ou maior que a vida operacional da planta. Além disso, as modificações do projeto da planta incluem, por exemplo, o aquecimento dos tanques ou reservatórios de água do Sistema de Resfriamento Central de Emergência (ECCS) para reduzir a diferença de temperatura entre a água injetada e o material do RPV.

Uma questão de segurança que é um problema de longo prazo causado pelo envelhecimento das instalações nucleares é o choque térmico pressurizado (PTS). PTS é o choque experimentado por um vaso de paredes espessas devido às tensões combinadas de uma mudança rápida de temperatura e/ou pressão.

Referência Especial: Relatório de Status do Vaso de Pressão do Reator, US NRC. NUREG-1511. Escritório de Regulação de Reatores Nucleares Comissão Reguladora Nuclear dos EUA, Washington, 1994.

Choque Térmico Pressurizado – PTS

Em geral, o choque térmico é uma carga mecânica causada por uma rápida mudança de temperatura de um determinado ponto. A mudança de temperatura causa tensões na superfície que estão sob tensão, o que pode favorecer a formação e propagação de trincas. Normalmente, os materiais cerâmicos são geralmente suscetíveis a choques térmicos, mas em algumas circunstâncias também os vasos pressurizados sofrem choques térmicos. Com aquecimento (ou resfriamento) rápido de um vaso de paredes espessas, como o vaso de pressão do reator, uma parte da parede pode tentar expandir (ou contrair) enquanto a seção adjacente, que ainda não foi exposta à mudança de temperatura, tenta para contê-lo.

Choque Térmico Pressurizado, PTS, significa um evento ou transiente em reatores de água pressurizada (PWRs) causando super-resfriamento severo (choque térmico) concomitante ou seguido por pressão significativa no vaso do reator. Neste cenário de acidente, a água fria entra em um reator enquanto o vaso está pressurizado. Isso esfria rapidamente o recipiente e coloca grandes tensões térmicas no aço. Eventos graves de super-resfriamento do sistema do reator que podem ser acompanhados por pressurização ou repressurização do vaso do reator podem resultar de uma variedade de causas. A pressão no sistema do reator aumenta a gravidade do choque térmico devido à adição de estresse de pressão. Os transientes, que combinam alta pressão do sistema e um choque térmico severo, são potencialmente mais perigosos devido ao efeito adicional das tensões de tração no interior da parede do vaso do reator. Os transientes relacionados ao PTS incluem:

• válvulas emperradas no sistema primário,
• válvulas emperradas no sistema secundário,
• pequenos acidentes de perda de refrigerante com injeção subseqüente de água do sistema de resfriamento de núcleo de emergência (ECCS),
• quebras na linha principal de vapor,
• rupturas na linha de água de alimentação.

O NRC criou 10 CFR Parte 50,61 e 50,61a – a “regra PTS” e a “regra PTS alternativa” – para garantir que o aço da embarcação permaneça forte o suficiente para proteger a integridade da embarcação. Essas regras exigem avaliações adicionais ou outras ações se a fragilização atingir certos limites.

RT_NDT = RT_NDT(U) + M + ΔRT_NDT

 Onde:

• RT_NDT significa a temperatura de referência para um material do vaso do reator, sob quaisquer condições. Para os materiais da linha de cintura do vaso do reator, o RTNDT deve levar em consideração os efeitos da radiação de nêutrons.
• RT_NDT(U) significa a temperatura de referência para um material do vaso do reator na condição pré-serviço ou não irradiada.
• ΔRT_NDT é o aumento em RT_NDT causado pela irradiação
• M é uma margem adicionada para cobrir incertezas nas propriedades iniciais, teores de cobre e níquel, fluência e procedimentos de cálculo. Quanto maiores as quantidades de cobre, níquel e fluência de nêutrons, maior o aumento.

Enquanto a tenacidade à fratura do material do vaso do reator for relativamente alta, tais eventos não ameaçarão a integridade do RPV. No entanto, a tenacidade à fratura dos materiais do vaso do reator diminui com a exposição a nêutrons rápidos durante a vida útil de uma usina nuclear. Se a tenacidade à fratura do material do vaso tiver sido reduzida o suficiente, eventos PTS graves podem causar a propagação de pequenas falhas que podem existir perto da superfície interna do vaso. A suposta falha inicial pode se propagar em uma rachadura através da parede do vaso de extensão suficiente para ameaçar a integridade do vaso e, portanto, a capacidade de resfriamento do núcleo.

Embora o PTS não afete os reatores de água fervente, há condições muito limitadas em que esses vasos podem sobrepressurizar em baixas temperaturas.

Referência Especial: NUREG-1511, Relatório de Status do Vaso de Pressão do Reator. Comissão Reguladora Nuclear dos EUA, Washington, DC, 1994.

Referência especial: DOE FUNDAMENTALS HANDBOOK MATERIAL SCIENCE Volume 2 de 2, DOE-HDBK-1017/2-93, Washington, DC, 1993.

Ciência de materiais:

1. Departamento de Energia dos EUA, Ciência de Materiais. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 e 2. Janeiro de 1993.
2. Departamento de Energia dos EUA, Ciência de Materiais. DOE Fundamentals Handbook, Volume 2 e 2. Janeiro de 1993.
3. William D. Callister, David G. Rethwisch. Ciência e Engenharia de Materiais: Uma Introdução 9ª Edição, Wiley; 9 edição (4 de dezembro de 2013), ISBN-13: 978-1118324578.
4. Eberhart, Mark (2003). Por que as coisas quebram: entendendo o mundo pela maneira como ele se desfaz. Harmonia. ISBN 978-1-4000-4760-4.
5. Gaskell, David R. (1995). Introdução à Termodinâmica dos Materiais (4ª ed.). Editora Taylor e Francis. ISBN 978-1-56032-992-3.
6. González-Viñas, W. & Mancini, HL (2004). Uma Introdução à Ciência dos Materiais. Princeton University Press. ISBN 978-0-691-07097-1.
7. Ashby, Michael; Hugh Shercliff; David Cebon (2007). Materiais: engenharia, ciência, processamento e design (1ª ed.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-8391-3.
8. JR Lamarsh, AJ Baratta, Introdução à Engenharia Nuclear, 3ª ed., Prentice-Hall, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.

Veja acima:
Materiais da Usina Elétrica

Os materiais em serviço nuclear estão sujeitos a vários tipos de radiação. Alguns deles podem causar danos significativos à estrutura cristalina dos materiais. A radiação nuclear concentra grandes quantidades de energia em áreas altamente localizadas. O dano é causado pela interação dessa energia com os núcleos e/ou elétrons em órbita.

Como foi escrito, partículas carregadas com altas energias podem ionizar átomos diretamente ou podem causar excitação de elétrons circundantes. A ionização e a excitação dissipam grande parte da energia das partículas carregadas mais pesadas e causam poucos danos. Isso ocorre porque os elétrons são relativamente livres para se mover e logo são substituídos. O efeito líquido da radiação beta e gama no metal é gerar uma pequena quantidade de calor. Partículas mais pesadas, como prótons, partículas alfa, nêutrons rápidos e fragmentos de fissão, geralmente transferem energia suficiente por meio de colisões elásticas ou inelásticas para remover os núcleos de suas posições de rede (cristalina). Essa adição de vacâncias e átomos intersticiais causa mudanças nas propriedades dos metais.

Em geral, os efeitos de maior interesse podem ser descritos pelos seguintes agrupamentos:

• Vagas ou Knock-ons. Defeitos de vacância resultam de um átomo ausente em uma posição de rede. A estabilidade da estrutura cristalina circundante garante que os átomos vizinhos não irão simplesmente colapsar em torno da vacância. Isso pode ser causado pela interação direta de um nêutron de alta energia ou um fragmento de fissão. Se um alvo ou núcleo atingido ganha cerca de 25 eV de energia cinética (25 eV a 30 eV para a maioria dos metais) em uma colisão com uma partícula de radiação (geralmente um nêutron rápido), o núcleo será deslocado de sua posição de equilíbrio na rede cristalina . Durante uma irradiação longa (para grandes valores da fluência de nêutrons), muitos dos átomos deslocados retornarão aos locais normais (estáveis) da rede (ou seja, o recozimento parcial ocorre espontaneamente).
• Intersticiais. Defeitos intersticiais resultam de uma impureza localizada em um sítio intersticial ou um dos átomos da rede estando em uma posição intersticial em vez de estar em sua posição de rede. Um intersticial é formado quando um átomo, que é arrancado de sua posição, para em algum ponto remoto.
• Ionização. A ionização é causada pela remoção de elétrons de suas camadas eletrônicas e tem o efeito de alterar as ligações químicas das moléculas. No metal, a ionização não causa mudanças dramáticas nas propriedades do material. Isso se deve aos elétrons livres, típicos apenas da ligação metálica.
• Espigas Térmicas e de Deslocamento. Picos térmicos e de deslocamento podem causar distorção que é congelada como tensão na área microscópica. Esses picos podem causar uma alteração nas propriedades do material. Este termo identifica domínios localizados de alta temperatura causados ​​pela deposição de energia de nêutrons e fragmentos de fissão. Um pico de deslocamento ocorre quando muitos átomos em uma pequena área são deslocados por um knock-on (ou cascata de knock-ons). Um nêutron de 1 MeV pode afetar aproximadamente 5.000 átomos, constituindo um desses picos. A presença de muitos picos de deslocamento altera as propriedades do metal que está sendo irradiado, como aumento da dureza e diminuição da ductilidade.
• Átomos de Impureza. A captura de nêutrons e as reações nucleares induzidas por várias radiações têm o efeito de transmutar um átomo em um elemento estranho ao material.
• Deslizamento induzido por radiação. Em reatores nucleares, muitos componentes metálicos são submetidos simultaneamente a campos de radiação, temperaturas elevadas e estresse. Metal sob tensão em temperatura elevada exibe o fenômeno de fluência, ou seja. o aumento gradual da tensão com o tempo. A fluência de componentes de metal nas temperaturas de operação do reator torna-se mais rápida quando eles são expostos a um campo de radiação.

Nêutrons com energia suficiente podem perturbar o arranjo atômico ou a estrutura cristalina dos materiais. A influência do dano estrutural é mais significativa para os metais por causa de sua relativa imunidade ao dano por radiação ionizante. Os reatores de água pressurizada operam com uma taxa mais alta de impactos de nêutrons e seus vasos, portanto, tendem a experimentar um maior grau de fragilização do que os vasos de reatores de água fervente. Muitos reatores de água pressurizada projetam seus núcleos para reduzir o número de nêutrons que atingem a parede do vaso. Isso retarda a fragilização do vaso. Os regulamentos do NRC abordam a fragilização em 10 CFR Parte 50, Apêndice G, “Requisitos de Resistência à Fratura” e Apêndice H, “Requisitos do Programa de Vigilância de Material do Reator”. Como o vaso de pressão do reator é considerado insubstituível, a fragilização por irradiação de nêutrons de aços de vasos de pressão é uma questão-chave na avaliação de longo prazo da integridade estrutural para programas de obtenção e extensão de vida útil.

Danos de radiação são produzidos quando nêutrons de energia suficiente deslocam átomos (especialmente em aços em temperaturas operacionais de 260 a 300°C) que resultam em cascatas de deslocamento que produzem um grande número de defeitos, tanto vacâncias quanto intersticiais. Embora a superfície interna do RPV esteja exposta a nêutrons de energias variadas, os nêutrons de maior energia, aqueles acima de 0,5 MeV, produzem a maior parte do dano. A fim de minimizar essa degradação do material, o tipo e a estrutura do aço devem ser selecionados adequadamente. Hoje sabe-se que a suscetibilidade dos aços para vasos de pressão do reator é fortemente afetada (negativamente) pela presença de cobre, níquel e fósforo.

Como foi escrito, a distinção entre fragilidade e ductilidade não é facilmente aparente, especialmente porque tanto a ductilidade quanto o comportamento frágil dependem não apenas do material em questão, mas também da temperatura (transição dúctil-frágil) do material. O efeito da temperatura na natureza da fratura é de considerável importância. Muitos aços exibem fratura dúctil em temperaturas elevadas e fratura frágil em baixas temperaturas. A temperatura acima da qual um material é dúctil e abaixo da qual é frágil é conhecida como temperatura de transição dúctil-frágil (DBTT), temperatura de ductilidade nula (NDT) ou temperatura de transição de ductilidade nula. Esta temperatura não é precisa, mas varia de acordo com o tratamento mecânico e térmico prévio e a natureza e quantidade de elementos impuros. Pode ser determinado por alguma forma de teste de queda de peso (por exemplo, os testes Charpy ou Izod).

Para minimizar a fluência de nêutrons:

• Refletores de nêutrons radiais são instalados ao redor do núcleo do reator. Os refletores de nêutrons reduzem o vazamento de nêutrons e, portanto, reduzem a fluência de nêutrons em um vaso de pressão do reator.
• Os projetistas do núcleo projetam os padrões de carga de baixo vazamento, nos quais os conjuntos de combustível fresco não estão situados nas posições periféricas do núcleo do reator.

Se o metal for aquecido a temperaturas elevadas após a irradiação (uma forma de recozimento), verifica-se que a resistência e a ductilidade retornam aos mesmos valores de antes da irradiação. Isso significa que os danos causados ​​pela radiação podem ser recozidos de um metal.

Veja também: Temperatura de transição dúctil-frágil

Veja também: Fragilização por Irradiação

Veja também: Recozimento Térmico

Ciência de materiais:

1. Departamento de Energia dos EUA, Ciência de Materiais. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 e 2. Janeiro de 1993.
2. Departamento de Energia dos EUA, Ciência de Materiais. DOE Fundamentals Handbook, Volume 2 e 2. Janeiro de 1993.
3. William D. Callister, David G. Rethwisch. Ciência e Engenharia de Materiais: Uma Introdução 9ª Edição, Wiley; 9 edição (4 de dezembro de 2013), ISBN-13: 978-1118324578.
4. Eberhart, Mark (2003). Por que as coisas quebram: entendendo o mundo pela maneira como ele se desfaz. Harmonia. ISBN 978-1-4000-4760-4.
5. Gaskell, David R. (1995). Introdução à Termodinâmica dos Materiais (4ª ed.). Editora Taylor e Francis. ISBN 978-1-56032-992-3.
6. González-Viñas, W. & Mancini, HL (2004). Uma Introdução à Ciência dos Materiais. Princeton University Press. ISBN 978-0-691-07097-1.
7. Ashby, Michael; Hugh Shercliff; David Cebon (2007). Materiais: engenharia, ciência, processamento e design (1ª ed.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-8391-3.
8. JR Lamarsh, AJ Baratta, Introdução à Engenharia Nuclear, 3ª ed., Prentice-Hall, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.

Veja acima:
Defeitos