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Image ¡credits ¡go ¡here
Nuclear ¡reactor ¡materials: ¡Part ¡2 ¡
- Dr. ¡Anna ¡Louise ¡Smith ¡
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Nuclear reactor materials: Part 2 Dr. Anna Louise Smith - - PowerPoint PPT Presentation
Nuclear reactor materials: Part 2 Dr. Anna Louise Smith - - PowerPoint PPT Presentation
1 Nuclear reactor materials: Part 2 Dr. Anna Louise Smith Image credits go here 2 Light-Water Reactor materials: classifica4on Nuclear fuel Cladding materials
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Moderator ¡materials
Neutron ¡ sca9ering ¡cross ¡ sec;on ¡(barn) ¡ Neutron ¡absorp;on ¡cross ¡sec;on ¡(barn) ¡
0.0001 ¡ 0.01 ¡ 1 ¡ 100 ¡ 10000 ¡ 1 ¡ 10 ¡ 100 ¡ Hydrogen ¡ Deuterium ¡ Oxygen ¡ Carbon ¡ Zirconium ¡ Lead ¡ Boron-‑10 ¡ Boron-‑11 ¡ Indium ¡ Silver ¡ Cadmium ¡Samarium ¡ Europium ¡ Lithium ¡ Manganese ¡ Uranium-‑235 ¡ Plutonium-‑239 ¡ Uranium-‑238 ¡ Thorium-‑233 ¡ Beryllium ¡
v1 ¡ v’1 ¡ v’2 ¡ Neutron ¡modera9on ¡ ¡ (2 ¡MeV ¡to ¡0.025 ¡eV) ¡by ¡ elas9c ¡collision ¡
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4 ¡
Moderator ¡materials
Neutron ¡ sca9ering ¡cross ¡ sec;on ¡(barn) ¡ Neutron ¡absorp;on ¡cross ¡sec;on ¡(barn) ¡
0.0001 ¡ 0.01 ¡ 1 ¡ 100 ¡ 10000 ¡ 1 ¡ 10 ¡ 100 ¡ Hydrogen ¡ Deuterium ¡ Oxygen ¡ Carbon ¡ Zirconium ¡ Lead ¡ Boron-‑10 ¡ Boron-‑11 ¡ Indium ¡ Silver ¡ Cadmium ¡Samarium ¡ Europium ¡ Lithium ¡ Manganese ¡ Uranium-‑235 ¡ Plutonium-‑239 ¡ Uranium-‑238 ¡ Thorium-‑233 ¡ Beryllium ¡
Light ¡water ¡H2O ¡ ¡ Coolant ¡ Moderator ¡
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Coolant ¡materials: ¡Criteria
Light ¡water ¡H2O ¡ ¡ Coolant ¡ Moderator ¡
- Good ¡thermal ¡proper;es ¡
- Low ¡mel;ng ¡and ¡high ¡boiling ¡points ¡
- Low ¡viscosity ¡
- Radia;on ¡stability ¡
- Low ¡neutron ¡absorp;on ¡
- Non ¡toxic ¡
- Compa;ble ¡with ¡fuel ¡and ¡ ¡
¡ ¡ ¡ ¡ ¡structural ¡materials ¡ ¡
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Control ¡systems
Neutron ¡ sca9ering ¡cross ¡ sec;on ¡(barn) ¡ Neutron ¡absorp;on ¡cross ¡sec;on ¡(barn) ¡
0.0001 ¡ 0.01 ¡ 1 ¡ 100 ¡ 10000 ¡ 1 ¡ 10 ¡ 100 ¡ Hydrogen ¡ Deuterium ¡ Oxygen ¡ Carbon ¡ Zirconium ¡ Lead ¡ Boron-‑10 ¡ Boron-‑11 ¡ Indium ¡ Silver ¡ Cadmium ¡Samarium ¡ Europium ¡ Lithium ¡ Manganese ¡ Uranium-‑235 ¡ Plutonium-‑239 ¡ Uranium-‑238 ¡ Thorium-‑233 ¡ Beryllium ¡
Control ¡rods ¡ Ag-‑In-‑Cd ¡alloy ¡ B4C ¡ 17 ¡x ¡17 ¡square ¡mesh ¡
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Control ¡systems
Control ¡rods ¡ Ag-‑In-‑Cd ¡alloy ¡ B4C ¡ Boric ¡acid ¡H3BO3 ¡ ¡
dissolved ¡in ¡the ¡water ¡coolant ¡
Burnable ¡absorbers ¡ = ¡Neutron ¡poisons ¡
dissolved ¡in ¡the ¡fuel ¡
Neutron ¡ sca9ering ¡cross ¡ sec;on ¡(barn) ¡ Neutron ¡absorp;on ¡cross ¡sec;on ¡(barn) ¡
0.0001 ¡ 0.01 ¡ 1 ¡ 100 ¡ 10000 ¡ 1 ¡ 10 ¡ 100 ¡ Hydrogen ¡ Deuterium ¡ Oxygen ¡ Carbon ¡ Zirconium ¡ Lead ¡ Boron-‑10 ¡ Boron-‑11 ¡ Indium ¡ Silver ¡ Cadmium ¡Samarium ¡ Europium ¡ Lithium ¡ Manganese ¡ Uranium-‑235 ¡ Plutonium-‑239 ¡ Uranium-‑238 ¡ Thorium-‑233 ¡ Beryllium ¡
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8 ¡
Nuclear ¡(neutrons) ¡poisons
Zirconium ¡diboride ¡
ZrB2 ¡
Thin ¡coa9ng ¡of ¡on ¡surface ¡
- f ¡UO2 ¡pellets ¡ ¡
- Added ¡to ¡the ¡fresh ¡fuel ¡to ¡lower ¡its ¡high ¡reac;vity ¡
- “Burnable”: ¡their ¡effect ¡wears ¡off ¡over ¡the ¡fuel ¡life;me ¡
Gadolinium ¡oxide ¡
Gd2O3 ¡
Gadolina/urania ¡Gd2O3/ UO2 ¡pellets ¡ ¡
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Structural ¡and ¡shielding ¡materials ¡in ¡a ¡PWR
Reactor ¡pressure ¡vessel ¡ Pressurizer ¡ Steam ¡generator ¡ Steam ¡lines ¡ Turbine ¡ Condenser ¡ Low ¡carbon ¡or ¡low ¡alloy ¡steel ¡ Core ¡structural ¡materials ¡ Inner ¡cladding ¡reactor ¡vessel ¡ and ¡pressurizer ¡ Austeni;c ¡stainless ¡steel ¡ ¡ (304, ¡316, ¡308, ¡309 ¡SS) ¡ Containment ¡ ¡ Carbon ¡steel ¡ Steam ¡generator ¡tubes ¡ Nickel-‑base ¡alloy ¡690 ¡
By ¡U.S.NRC. ¡-‑ ¡h,p://www.nrc.gov/reading-‑rm/basic-‑ref/students/animated-‑pwr.html, ¡ Public ¡Domain, ¡h,ps://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=2320214 ¡