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/ NetNews Usenet Archive 1993 #1 / NN_1993_1.iso / spool / sci / environm / 14356 < prev    next >
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Internet Message Format  |  1993-01-07  |  5.5 KB

  1. Xref: sparky sci.environment:14356 sci.energy:6722
  2. Newsgroups: sci.environment,sci.energy
  3. Path: sparky!uunet!zaphod.mps.ohio-state.edu!swrinde!emory!rsiatl!jgd
  4. From: jgd@dixie.com (John De Armond)
  5. Subject: Neutron embrittlement (was Re: Nuclear Power and Climate Change)
  6. Message-ID: <5lzr5f+@dixie.com>
  7. Date: Thu, 07 Jan 93 20:30:05 GMT
  8. Organization: Dixie Communications Public Access.  The Mouth of the South.
  9. Lines: 91
  10.  
  11. kevin@nuchat.sccsi.com (Kevin Brown) writes:
  12.  
  13. >What's the current state of university research into nuclear power?  It
  14. >seems to me that a university with a nuclear reactor would be a perfect
  15. >candidate to perform a number of the required experiments needed to get
  16. >the answers to these questions.
  17.  
  18. There are two problems.  One, many US universities have shut down or 
  19. are thinking of shutting down their NucE programs.  Sad.  Second and
  20. more directly applicable to the problem, none of the typical University
  21. research reactors can generate the sustained neutron flux needed for this 
  22. kind of testing.  A gross oversimplification is that neutron flux and
  23. power output track.  Some specialized reactors such as DOE's Fast Flux
  24. Test Reactor (FFTF) can and does do the job.
  25.  
  26. >If we don't know the answers to the questions you raise above, would it
  27. >not be a good idea to get those answers?
  28.  
  29. The short answer is that neutron enbrittlement is well characterized
  30. and has been for a long time.  I quote from a Westinghouse systems
  31. overview book copyrighted in 1968:
  32.  
  33.     The effects of neutron irradiation on the physical properties of the
  34.     vessel materials is of primary concern in reactor vessel operation.
  35.     The reactor vessel is provided with specimen capsules, located
  36.     between the thermal shield (heavy metal designed to absorb
  37.     much of the gamma radiation and prevent gamma heating of ex-vessel
  38.     components) and vessel wall opposite the center of the core.  
  39.     The capsules contain tensile Charpy V-notch and wedge-opening-loading 
  40.     specimens taken from hte reactor vessel shell plates and associated
  41.     weld materials and heat-affected zone.  Dosimeters and thermal
  42.     monitors are included to permit evaluation of the neutron flux
  43.     and temperatures experienced by the specimens.  By comparing 
  44.     test data from the specimens removed periodically during refueling
  45.     shutdowns with the unirradiated specimen data provided, the 
  46.     effects of neutron irradiation on the material properties can
  47.     be determined.
  48.  
  49. This describes the system installed in all Westinghouse PWRs.  Other
  50. reactor brands use similar systems.  Note that these capsules are
  51. located next to the core where they receive significantly more irradiation
  52. than the reactor pot.  It is from these very specimens that it was 
  53. extrapolated that neutron embrittlement MIGHT be a problem toward the
  54. design life of the pot.  Several steps have been taken to mitigate the
  55. problem.  But first a little review of what the problem really is.
  56.  
  57. Steel exhibits a property called the Nil Ductility Transition (NDI).  Below
  58. the transition temperature, steel loses its ductility and becomes brittle.
  59. The temperature varies with allow but is usually fairly low, below 
  60. the freezing point of water.  Long term neutron irradiation causes
  61. crystal lattice defects in the steel which raises the NDT temperature.
  62. The concern is that if the NDT temperature rises above that of cooling
  63. water, in the event of an accident, cold cooling water could shock
  64. the reactor while it was below NDT and thus cause it to fracture.
  65. Under no scenario of irradiation is the NDT predicted rise above 
  66. approximately ambient temperature.
  67.  
  68. Several simple steps have been taken to address the problem.  Because
  69. the rise in NDT is directly related to the total integrated fast neutron
  70. flux dose, the first simple step was reduce the enrichment of the fuel
  71. in peripheral fuel channels.  This reduces the generation of fast 
  72. neutrons AND provides shielding from fast neutrons in the interior
  73. of the core.  Next, for reactors whose capsules show the possibility
  74. of problems, they have been derated, typically to 95% full power.
  75. Again this markedly reduces the fast flux impinging on the pot.
  76. Lastly and most expensively, the sources of emergency cooling water
  77. now have  heaters installed so that the cooling water is hotter than
  78. any possible NDT temperature.  At Sequoyah in Chattanooga, TN, the 
  79. first plant I worked at,  for example, we installed heaters during 
  80. construction in the mid 70s.
  81.  
  82. The other important fact is that neutron embrittlement is completely
  83. reversed by annealing.  The high temperature allows displaced
  84. atoms in the crystal lattice to snap back into place.  If embrittlement
  85. becomes a problem, the reactor can be annealed in place.  The process
  86. will involve adapting the same equipment used to anneal the reactor
  87. after fabrication to a radiation environment.  Not particularly 
  88. pleasant for the workers but certainly doable.  Massive literature
  89. on the subject is available.  Reports of work at the FFTF on the 
  90. subject are of great interest.  Much work has been done on neutron
  91. embrittlement in relation to hot fusion research because most of the
  92. energy from a hot fusion reaction is postulated to come from fast
  93. neutrons that will heavily irradiate the reactor components.
  94.  
  95. John
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