【核燃料持續進化多重屏障】
#核電廠事故關鍵防線 #那個很厲害的燃料棒
核電廠的多重屏障設計理念,旨在儘可能地降低事故發生機率,並在事故發生時儘可能地將放射性物質留置於廠內。從核分裂反應為起點、由內到外的防護分別為:燃料丸、燃料護套、反應度先天穩定設計、反應爐控制棒、反應爐冷卻水、反應爐壓力槽、緊急爐心冷卻系統、水泥圍阻體。為防範事故於未然,核能材料科學家和工程師們聚焦於頭兩道防線:
>燃料丸:核分裂反應發生之處。高溫燒結的陶瓷固體且可承受2000度以上高溫,只有少量惰性氣體和碘會藉由擴散作用離開燃料丸。
>燃料護套:第二道防線,留置氣體和碘等放射物。鋯合金材料能承受約1200度的高溫。通常護套破損的機率小於百萬分之一。只要護套不破裂,溢出燃料丸的放射性氣體及碘都能被鎖在護套內。
在核工業黎明時期(1970至80年代初期),不純熟的製程使燃料丸內因核分裂反應生成之氣體無法順利排出丸外、氣體堆積致使陶瓷丸膨脹龜裂;作為燃料護套的不鏽鋼也因嚴重的輻射膨脹和熱應力問題而隨後替換為鋯合金。鋯合金在應用早期階段曾發生護套和燃料丸過於靠近致使了燃料丸與護套效應(Pellet-cladding interaction, PCI);巨觀上則讓燃料棒變成竹子般的形狀、俗稱竹節效應。不過,此類技術障礙早已於80年代末期克服,並於90年代起全面更換為抗PCI的燃料。
鋯元素和氫氣先天的高親和性,表示兩者相遇時容易反應生成鋯氫化合物;這個脆性化合物可能讓鋯合金面臨氫脆(Hydrogen Embrittlement) 問題。此外,鋯元素和水蒸氣在高於攝氏七百度時會行鋯水反應生成氫氣和氧化鋯。導熱性差的氧化鋯薄膜可能使燃料護套更難導熱降溫。
針對前者,工程師們透過製程改良大幅抑制氫脆的可能性;針對後者,則設計了多套主動冷卻系統和嚴重事故管理指南以確保鋯合金護套溫度處於正常範圍。在第三代核電廠的設計中,又額外導入了"被動式安全"設計進一步降低人為操作疏失、延長黃金搶救時間並拉高安全度。
▋耐事故燃料
2000年初期,美國的核能材料專家們開始尋找比鋯合金更優異的護套材料,候選材料包括:改良版鋯合金、SiC/SiC、鐵鉻鋁合金(此時的研究報告仍以“APMT”稱呼、APMT是Kanthal®公司旗下的一款產品)。作為次世代燃料護套材料,在福島事故後有了正式的名字:Accident-tolerant Fuel(簡稱ATF。日:事故耐性燃料、中:耐事故燃料)。
判定為人為災難的福島事故,並非意味著核能的終結,而是新的起點。美國能源局迅速串連起電力研究所、大學、相關機構和企業,提供經費及技術支援執行加強版耐事故燃料計畫(enhanced ATF program)。日本則遲至2014年,官方組織重整、原子力規制委員會建立、第四次能源基本計劃定案後,才投入ATF研發。
耐事故燃料在燃料丸和燃料護套上有以下幾點改良:
>燃料丸:添加微量氧化鉻以拉高安全溫度餘裕。且能提供更高的燃耗值,讓核電廠得以拉高輸出功率同時升級為24個月週期燃料(亦即裝填一次燃料可連續運行24個月)。
>燃料護套:改採用鐵鉻鋁合金。和鋯合金相比,鐵鉻鋁合金能承受約1400度的高溫,同時避免高溫時生成導熱性差的氧化物和氫氣。
兩相組合,新一代的燃料棒除了讓核電廠變得更安全、還讓核電廠得以拉高輸出功率和容量因子,成為更加可靠的基載零碳排電力來源。
▋商用核電廠測試
在美國,耐事故燃料於2014年左右完成實驗室規模測試,隨後於座落於愛達荷國家實驗室的先進測試爐中進行測試。
美國能源局在2019年1月決定對核工業巨頭挹注資金,但同時也附帶了嚴格但書:要求各企業必須在資金挹注後頭14個月內於商用核電廠安裝新燃料並完成首輪測試。
不過,奇異的Global Nuclear Fuel公司已在2018年3月、
於隸屬於旗下的核電廠測試了鐵鉻鋁合金、以及表面進一步鍍鋯的燃料護套。該測試於2020年3月結束、並運往橡樹嶺國家實驗室分析。2019年4月,Framatone公司於喬治亞州、Southern Nuclear公司旗下的核電廠測試了自家開發的耐事故燃料。
兩間公司的進度超越了美國能源局原先要求的進度。不落人後的西屋,也於同年在自家的核電廠測試了新燃料。
美國核能工業組織(Nuclear Energy Institute, NEI)表示希望加速這個進度,同時驗證SiC/SiC材料的可能性。SiC/SiC材料的熔點高達2800度,有潛力運用於極端高溫的環境:重大災害情境下的輕水爐、第四代高溫氣體反應爐乃至核融合爐爐壁。
目前,西屋和Framatone正在驗證SiC/SiC護套包覆技術和全SiC/SiC護套材料,預計於2022年在核電廠中測試。
▋其他國家動態
俄羅斯國家原子能公司(Rosatom)則在2019年底宣布自家研製的耐事故燃料已完成首輪測試、預計於2020年初開始製造。
至於台灣嗎?如果核四廠商轉,屆時剛好可以用到最新的ATF喔,畢竟同樣是奇異生產,也是為了輕水反應爐所打造,往好處想,或許我們現在燃料棒暫時運到別地保管,啟封運回台灣時就是一批更先進的ATF了~~
▋參考資料
1. https://www.powermag.com/vogtle-2-installs-worlds-first-accident-tolerant-nuclear-fuel-assemblies/
2. https://rosatom.ru/en/press-centre/news/rosatom-has-manufactured-first-russian-accident-tolerant-fuel-for-commercial-reactors/
3. https://www.nextbigfuture.com/2017/06/westinghouse-formal-launch-of-safer-nuclear-fuel-with-tests-planned-from-2018-2022.html
4. https://www.energy.gov/ne/articles/new-accident-tolerant-fuel-framatome-being-tested-idaho-national-laboratory
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【智慧發明】
工研院智能衣、發熱衣、奈米纖維多元成果 吹起智慧、環保機能風
在技術處科技專案及工業局支持下,工研院於第22屆台北紡織展(Taipei Innovative Textile Application Show, TITAS 2018),分別以「智慧」、「永續環保」及「機能」3大主題,結合奈米技術、生質原料等技術,發表智慧衣、發熱纖維、親水纖維、生質染料等多項創新成果,為傳統紡織產業開創新能量,搶攻400萬件規模的全球智慧衣市場。
工研院材料與化工研究所副所長李宗銘表示,穿戴型裝置是未來科技應用趨勢,加上紡織品是人類的基本需求,也是人們的第二層肌膚,除保護及美觀外,透過全新概念將紡織品與生理偵測功能結合,可提供個人化、舒適化及人性化之互動體驗,開啟智慧紡織品新產業契機。
根據美國Marketsandmarkets預測,2020年全球智慧紡織市場商機將達47.72億美元,因應市場趨勢,工研院與台灣紡織產業在政府的支持下,朝智慧紡織製造前進。本次智慧紡織品有別於傳統於纖維上採用蒸鍍、濺鍍等複雜工法製作,工研院研發經由轉印或塗佈等方式,以奈米材料作為圖案化導電塗料,利用纖維交聯反應,賦予紡織品生理感測功能,搭配工研院已有的穿戴式生理感測模組技術,開發出通過生物相容性驗證,並具備可量測人體呼吸、體溫及心跳,且不影響觸感等優點的智慧型紡織品,製成非接觸式智慧衣、智能雕塑內衣等服飾,若應用在醫療場域中可達到健康照護、監測的目的。
奈米技術移轉至產業化發展已有階段性推動成果,工研院以靜電紡絲技術所生產之奈米纖維已廣泛運用於濾材及織物中,例如本次展出的奈米纖維彈性膜,黏貼於衣物或頭巾等紡織品上,能賦予織物防風透氣及提高耐水壓等特性。經由靜電紡絲技術產出的奈米纖維空氣濾材,兼顧「高過濾效率」及「低氣流阻抗」及「高透光」的特性,若應用於運動頭巾或領巾上,其產品能有效過濾PM2.5懸浮微粒,減少髒空氣所帶來的威脅。
相關資訊連結:https://www.itri.org.tw/c…/Content/NewsLetter/contents.aspx…
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[試車報告] Volvo V60 Polestar 賽道逞威
4K UHD: https://youtu.be/gCeCwkLtW0o
秋天,南國,依然躁熱!大鵬灣賽道,熱氣蒸騰…
藍色塗裝Volvo,V60散發迥異氣勢。
以Polestar為名,Cyan Racing為色,將motorsport賽事印記化身為道路版!
Burn to track, build for road…V60 Polestar,讓男人專情於速度,在賽道,揮灑汗水。
配色亮眼
氣候異常,今年似乎特別嚴重!中秋節都過了一個月,氣候依然懊熱,南台灣接連數個颱風外圍環流通過,時晴、時雨,整個空氣都悶悶的,更讓人感到躁熱,非得用奔放的速度,才能排除潛沈體內的熱毒!
這次參加Volvo Polestar Challenge的賽道活動,抵達大鵬灣賽道時,一輛藍色Safety Car吸引了我們的目光,正是WTCC賽事的Safety Car,也是我們要試駕的主角,V60 Polestar!
一般人對Volvo既定的印象是安全性,事實上Volvo早在1985年就曾經拿下DTM德國房車賽及ETCC歐洲房車錦標賽的冠軍頭銜,1994年更以850 Estate旅行車,參戰BTCC英國房車賽,因此這回試駕V60 Polestar可視為當年的性能延續!
而Polestar對於普羅大眾而言,相對是個較為陌生的單位,這個以Motorsport為研發、改裝的單位,稱得上是Volvo的賽車部門,自從1996年與Volvo成為夥伴關係後,一直致力於賽事及廠車研發,更多次拿下STCC瑞典房車賽冠軍,並於今年2016年重返WTCC世界房車錦標賽,以Polestar Cyan Racing TC1廠車,贏得上海站冠軍!
而TC1廠車,其實就是以S60為基礎打造,搭載1.6升四缸渦輪增壓Drive-E引擎,擁有400hp的最大馬力,加上車重僅有1100kg,性能強悍不難想像。
我們所試駕的V60 Polestar稱得上是TC1的道路版車型,Polestar直到2014年才開始販售市售車款,一開始只能打造100輛新車,但全球供不應球,2015及2016提升為750輛,國內只引進旅行車版本的V60 Polestar,10輛的配額早已售罄,只能寄望明年全球產能提升至1500輛,看看是否有機會增加國內配額。
魅色藍調
V60 Polestar可說是結合賽道科技及廠車性能的車款,與AMG或者M GmbH性能車相較似乎較為素雅,然而空力確有其實際效用,新增的前保桿下擾流,在時速250km/h時能夠提供21kg的下壓力,而車尾上方的導流板除了採用鏤空設計,相同時速下也有22kg的下壓力,兼具美觀與實用性,再結合245/35ZR20的跑胎,搭配獨特的Cyan藍,更營造動感的視覺效果。
Polestar的引擎搭載2.0升四缸雙增壓Drive E引擎,這具引擎渦輪增壓值高達2.0bar,而為了避免渦輪遲滯,又以機械增壓輔助,為了營造更好的進、排氣效能,除了將凸輪軸的角度由229度提高至245度,渦輪葉片也由60mm加大至64mm,並將排氣管管徑由63mm加大至75mm,再配上管徑3.5吋的Polestar專屬尾管,不僅聲浪悅耳,還擁有優異的輸出性能,最大馬力達367hp/6000rpm,最大扭力則為47.9kgm/3100~5100rpm,搭配八速手自排,0~100km/h加速可於4.8秒達成!
以現今引擎科技而言,Volvo要營造大馬力絕對不難,但就如同廠車一般,若大馬力無法在賽場上發揮,其實也是枉然,因此相較於動力,Polestar更講究操控性能提升,原廠為其配置具備30段阻尼調整功能的Ohlins避震器,並將上座、襯套等配件剛性進行強化,阻尼硬度較一般市售版提升了80%。
為了能夠釋放強勁的性能,V60 Polestar採用全時四驅的配置,一般狀態下前、後輪的驅動比例為70:30,當排檔切到Sport模式後,為了營造最好的循跡性,系統會自動調節為50:50,若於雪地等濕滑路面行駛,四驅系統偵測到前輪開始打滑,會自動驅動力調配至後輪,讓車尾保有優異的靈活性,讓你隨心所欲地進行甩尾,也因此國外媒體以很後驅的四驅車形容V60 Polestar。
沈穩特質
第一天在賽道上,有教練壓陣,速度不快,尚未發揮V60 Polestar的潛質,第二天試駕時間較為充裕,換上賽車服後得以更盡興地享受性能版Volvo所帶來的駕馭樂趣!
我們直接關閉ESC動態穩定系統,出PIT區之後開始全油門加速,V60 Polestar的性能反應順暢,不會給人癲狂的猛暴感,然而實際加速反應卻相當敏捷。清晰的手感,通過第四U型彎時,已能感受到底盤的沈穩,只不過Ohlins避震器雖具30段調整功能,但Polestar的教練團認為,調硬之後賽道側傾抑制雖然提升,但要讓大家體驗舒適化的一面,因此只調整至第十段,因此通過連續彎道時,還是感受得到側傾,但快速碾壓路沿石,底盤卻不會彈跳,可以迅速吸收碎震,增加行車穩定性!
豐沛的動力性能,出彎加速可以發揮得又快又順,我們將排檔切自Sport模式,不僅可以聆聽悅耳的排氣聲浪,還能夠明確感受四驅系統的超高穩定性,即使在S彎道時因重心移轉而出現輕微推頭,只要略微收油即可回正,通過小夾角彎道時,依然讓人放心地在前輪尚未回正,就能放膽加速出彎,享受前輪產生的牽引力,快速將車輛帶離彎道,再藉由後輪的推力,持續加速…
TCar短評
駕著這輛Volvo進行賽道體驗,只能用筋骨舒暢來形容!
整體來說,我對這輛性能房車的滿意度極高,除了性能表現優異外,出現在一般版車型的安全配備一樣也沒少,第一天跟在教練後方時,車距太近,車上的防碰撞預警系統變開始作動…
如果你現在才心動?只能安慰你等等…因為十輛車的配額早已售罄,只好提早下訂,等待2017年的機會了!
Volvo V60 Polestar
引擎型式 1969c.c. L4 DOHC 16V+Supercharger+Turbo
最大馬力 367hp/6000rpm
最大扭力 47.9kgm/3100~5000rpm
長寬高 4635x1865x1484mm
軸距 2776mm
車重 1796kg
驅動模式 AWD
煞車結構 四輪碟煞
懸吊結構 前麥花臣 後多連桿
輪胎規格 前後245/35ZR20
國內售價 333萬元起
主要配備:
遠光 / 近光雙向氣體放電式頭燈
Polestar專屬水箱護罩
Polestar後保桿擾流板
Polestar前下壓翼
亮黑後視鏡
Polestar後保下飾板
Polestar後保桿擾流板
Polestar車頂擾流尾翼
Polestar鍍鉻雙尾管
20 吋Polestar專屬鋁合金鋼圈
Polestar 門框飾板
Polestar 專屬真皮跑車座椅(搭配藍色縫線、黑灰色 Nubuck 皮革)
雙前座電熱座椅
後座電熱座椅
Polestar 真皮跑車方向盤(附換檔撥片並搭配藍色縫線及Nubuck 皮革)
Polestar 專屬排檔桿頭(含藍色背光及Polestar標誌的排檔桿把手)
高階數位儀錶組 8 吋主動式 TFT 液晶顯示幕
7 吋整合式高解析彩色螢幕
CZIP 遙控循環換氣科技& IAQS 車室空氣品質監測系統
ECC 電子控制 左右獨立恆溫空調
Harman Kardon 12揚聲器頂級音響系統
原廠繁體中文衛星導航系統
SIPS 側撞防護系統
SIPS 側撞防護氣囊
兩段式雙前座防護氣囊
IC 側撞防護氣簾(延伸至第二排)
BOA 煞車優先系統
EBA 緊急煞車輔助系統
FBS 煞車衰減支援系統
RAB 預警煞車系統
ASC 進階車體翻覆 穩定控制系統
ESC 電子車身穩定控制系統
City Safety 都會安全防護系統
ACC 主動車距控制巡航系統
QA 車流輔助系統
DA 車距警示系統
CWFAB 碰撞警示 暨 完全主動煞車系統
PDFAB 行人偵測 暨 完全主動煞車系統
CDFAB 單車客偵測 暨 完全主動煞車系統
RSI 路標顯示暨速限警示系統
DAC 駕駛疲勞警示系統
LDW 車道偏離警示系統
LKA 車道維持輔助系統
AHB 主動適路性照明系統
BLIS 駕駛視覺盲點 雷達感應系統
CVW 車輛逼近警示系統
CTA 倒車車側警示系統
PAC 停車輔助攝影機
Volvo Car Taiwan
PolestarTCar 葉明德
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