【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

[CROSS 高仕 凱樂系列 亮鉻白夾 鋼筆＋原子筆＋墨水禮盒組]

凱樂系列亮鉻金屬烤漆筆身，手感溫潤，重量適中
禮盒特價＄1900 !

官網：https://bit.ly/2K3Gvnx
蝦皮：https://bit.ly/2xk4WdX
露天：https://bit.ly/3emT0su
奇摩：https://bit.ly/3banE6v
PChome商店街：https://bit.ly/3abMYHV

歡迎詢問_

【新年期間】按習俗每日一冷是公休。可是科宅編還是亂入友站，寫了些強制科普的冷知識，今天搬運過來。
　
這張 Pansci 泛科學的豬年科學賀年卡——泛科娘祝大家「豬鈰銣鐿」有一點微小問題......呃「#鈰」「#銣」「#鐿」三種元素非常的冷門，觀者不是很能懂其中的福氣所在。
　
沒關係！讓小編講給你聽。（顯示為一邊聽眼球中央電視台的正宗春晚一邊打字）
　
【鈰】讀 ㄕˋ 音同市——你沒聽過但一定用過的元素。
　
鈰（Cerium, Ce）的名字來自小行星帶天體穀神星（Ceres），但讀者不一定是天文迷，不一定很瞭小行星帶是啥，甚至可能還沒看超級值回票價的科幻影集《太空無垠》←堪稱傑作。
　
生活化一點的梗？好喔。打火機中的打火石，雖然稱為「石」但其實是一顆金屬合金。通常成分是鑭（唸藍）或鈰，加上銅或鐵的合金。鑭和鈰屬於鑭系元素家族的前兩個成員，是最活潑的。一般聽到最活潑會想到個子嬌小，但鑭和鈰其實是家族裡最胖的兩員。SciNote: 鑭系收縮
　
因為原子的半徑大，很難抓住最外側的電子，電子容易跑到氧氣那邊 → 然後鑭／鈰就很火爆的在空氣中自燃起來了。原來是潑辣，不是活潑XD。以上是打火石起火的原理。
　
鈰元素祝你打保齡球天天打火雞，很福氣不是嗎？
※FYI 火雞就是連續三個全倒。
　
【銣】讀 ㄖㄨˊ 音同如——比黃金貴，比鞭炮還炸的元素。
　
在地殼當中，銣元素的含量不算少，但是因為並沒有礦物極度富含銣，所以提煉它就很難有經濟效益，這就是為啥銣的售價比黃金還貴了。但銣的用途其實也很少，考慮供需效應之下，就沒有讓它太貴。說起來整個週期表裡的元素，大半售價都比黃金貴，不能說有多獨特XD
　
銣身為鹼金族裡第二胖的成員（僅次於銫，鋰鈉鉀銣銫），因為一樣的原因，越胖就越容易氧化。所以銣也會在空氣中自燃，丟到水裡甚至會爆炸。
　
銣的英文名字 Rubidium (Ru) 來自拉丁文的赤紅色 rubidus，但是讀者知道了這點反而容易在化學考卷上慘遭扣分。因為在老師很愛考的「焰色反應」中，銣的答案和鉀一樣，都是『紫』色的。（超不常用的，考這幹嘛啦！）所謂赤紅色，只有使用三稜鏡把火焰的光分成彩虹，進行所謂的「光譜分析」之後，才會看到有幾條特徵的赤紅色光譜線和鉀區別。
　
拿含有銣的鹽，進行焰色反應實驗時，如果你選擇使用本生燈就會遇到一個相煎何太急的狀況——銣元素正是德國化學家本生先生（Robert W. Bunsen）發現的。
　
額外一冷。在 google 搜尋列打「銣」，會跑出「銣雅鉻雷射」這個搜尋建議。這個醫美名詞在科學上是以訛傳訛，有兩重錯誤。第一重：這裡的銣是錯字，應該是「釹」（Nd, Neodymium，釹音同女），這是與銣完全不同的元素，是另一種稀土元素。至於「雅鉻」，和鉻元素或 Jacob 沒有關係，它指的是「釔鋁石榴石」（YAG, Yttrium aluminum garnet），是固體雷射中，被電激發產生雷射的核心零件。所以正解為 Nd:YAG 摻釹釔鋁石榴石雷射，唸完全名之後戰鬥力陡增 87 點！
　
【鐿】讀 ㄧˋ 音同意——家和萬事興，稀土族人多到叫名字都是一場記憶的試煉。有沒有一種福氣XD
　
鐿是鑭系元素家族15員之一，因此也是稀土元素。和大部分鑭系元素一樣......它的冷知識相當難寫XDDD，因為它們的應用，大多都是非常專門的高科技與尖端工業用途，沒有太多生活化知識好寫。
　
那，先講講稀土吧，稀土元素有17種，讓科宅很困惑，鑭系明明就只有區區15員（但名字我始終背不齊，就和眾多外甥外甥女的名字一樣），怎麼多了兩個亂入的呢？
　
原來兩個亂入者是 #釔 和 #鈧。這是因為在富含稀土元素的礦物「獨居石」裡面，常常也含有較多的釔和鈧存在，這是因為他們的離子半徑相似，容易在結晶中和鑭系待在一起，就被歸類為一個小圈圈。
　
「稀土」的稀是少，那土是什麼？在早年的化學術語中，土（Earth）的意思是氧化物。陶瓷和玻璃廣義上都是土，因為它們都已經被氧化到極點了，不會繼續氧化，因此通常很耐燒耐熱，所謂 #死豬不怕熱水燙 就是這個意思。
　
釔和鐿，不只中文很像，英文也是 Yttrium (Y) 和 Ytterbium (Yb) 很容易眼花。這不是巧合，而是命中注定。因為鐿和釔，它們的出生地是同一個鎮出產的同一種礦物！那是瑞典斯德哥爾摩郊外的一個礦場小鎮：以特比 Ytterby。礦物則叫做加多林石（Gadolinite），這種黑黑的石頭裡面，可以分離出大半個稀土元素的家族成員，其中就包含釔和鐿。於是兩種元素就（先後）用了同一個小鎮的名字來命名。
　
最離譜的是，Ytterby 小鎮的名字其實一共命名了四種稀土元素。另外兩種是 #鋱（Terbium, Tb） 和 #鉺（Erbium, Er），有沒有瑞典人很缺乏創意的八卦。但也因為這樣，四種元素的冷知識就一次滿足啦。
　
至於加多林先生，是一位芬蘭的化學家，他也是第二個名字被拿來命名一種元素的科學家，以他為名的元素是 釓（Gd, Gadolinium），中文字唸法是ㄍㄚˊ，二聲嘎。他的名字變成元素名是間接所致，是因為先被拿去命名礦物加多林石的關係。
　
鈧元素的名字也和這個魔性的小鎮有一點點相關，鈧 Sc, Scandium 就是表示它來自「斯堪地那維亞」半島（'Scand'inavian peninsula）就是瑞典所在啦。
　
咳咳，還沒完，稀土大家族裡面，還有另外兩隻的名字和瑞典有關。首先是鈥，中文念作火，英文是 Holmium (Ho)，就是來自斯德哥爾摩 Stock'holm'。還有銩，中文唸丟，英文 Thulium (Tm) 來自古地名 Thule「圖勒」，這個名字傳統意思是「北方遠得要命的地方」。
　
好啦，沒想到一則冷知識就可以讓我們熟悉17個稀土元素裡面11個成員的名字，小編也太會扯淡啦。
　
下列是17個稀土元素，後15為鑭系元素，括號中的前文沒提到：
鈧釔；鑭鈰(鐠)釹(鉕釤銪)釓鋱(鏑)鈥鉺銩鐿(鎦)
　
#強制科普就是沒有人問你但你硬要回答
#文長慎入
#文長慎入寫在後面是有屁用喔

鋼鐵人的盔甲材料不是鋼也不是鐵？蟻人的盔甲沒做好可能會變原子彈？
前情提要先看《🔬實驗科學吧》EP1：https://youtu.be/qx2v9hWM-Ow
　
鈦Ti，因為在各種極嚴環境下都扛得住，常常被拿來做飛機與太空船，美譽『太空金屬』！各超級英雄電影的盔甲材料當然也不會放過他，究竟是怎樣的鈦狂鈦神鈦厲害，讓我們看下去！
　
#結果三大狠招都狠不起來
#還是要薩諾斯來揍幾拳比較有效
-
《🔬實驗科學吧》
＿臺灣吧2018「大抓周計畫」節目！
藉由電影或漫畫中，各種超乎尋常又驚奇的劇情，探討是否真的有科學的依據及基礎應用！將有5集動畫影片介紹原理、5集實拍影片實際做實驗！
EP1－蟻人怎麼變小：https://youtu.be/qx2v9hWM-Ow
EP2－侏羅紀世界：9/3(一)
預告片：https://youtu.be/sFNdA8wxyMk
EP0.5－蟻人量子糾纏：https://youtu.be/p0ntjrzuiDk
　
特別感謝：LiFe生活化學 提供實驗相關協助
-
『✨！！！臺灣吧週更中！！！✨』
🎫訂閱支持，讓臺灣吧產出更多好節目！
成為臺灣吧吧友→ https://lihi.cc/8Z6Kd/exp1l
🍍🍓🍋黑啤麥造【水果氣泡麥汁】在華山！
線上商城→https://lihi.cc/JjIgP/exp1l

本集關鍵字：蟻人、鈦合金、不鏽鋼、鋁、熔點、航太器具、液壓機、耐蝕、氫氧化鉀、鹽酸、鎳鉻鐵鈷鎳錫鉛氫銅汞銀鉑金、鐵姑娘惜千金總共一百斤