石油平台

处理老问题的一个重要例子通过现代方法提供的预防裂纹增长的海上石油钻井平台。主要包括焊接结构钢油管,必须不断地变化压力从海浪。自的成本建筑和部署一个平台可达几十亿美元,它是必要的这个平台有寿命长、不会因为过早的失去了金属失败。

在北海,75%的波浪高于两米(6英尺)和站台上施加相当大的压力。循环加载的金属最终结果疲劳失败的表面裂缝形式,随着时间的增长,并最终导致金属打破。焊接的弱点是这样一个过程,因为焊缝金属力学性能不如钢,这些是由内部压力和更糟的缺陷(如微小气孔和氧化粒子),介绍了焊接的过程。此外,在焊管几何由T -和K-shaped关节,自然压力集中器。疲劳在石油平台失败因此发生在焊缝。

疲劳是因为循环应力导致混乱形式和来回移动的金属。可以阻碍位错运动的障碍,如小空洞,晶界、其他混乱,杂质,甚至表面本身。当混乱从而固定下来,他们停止其他混乱的运动产生的压力,和纠结的位错网络形式,导致硬盘位置的焊接。压力是不容易松了一口气,和类型的位错运动特征疲劳过程的开始裂纹在焊缝表面。这种现象的直接结果焊缝的显微组织,可以最小化,使焊缝非常统一,最好是相同的材料作为油管,轻轻地弯曲几何在联合。但是,尽管现代焊接技术的成熟,这是还没有可行的。另一种策略是用于焊缝裂纹的进度监控,以便维修可以及时避免灾难性的失败。这可以做到的,因为考虑到几何的联合,裂纹的深度与时间成正比,直到裂纹是相当大的。相比之下,在实验室测试中,简单的金属条受循环应力,增长率增加裂缝变大。在石油平台T或K配置,压力更加均匀分布,裂纹不增长速度不断增加,直到接近死亡。

的技术是基于测量裂纹深度集肤效应,高频的现象交流电是关导体的表面。这使得它可以测量的表面积小区域用一个简单的表,因为裂缝深度的增加意味着增加当前路径,这反过来又导致压降增加。测量随着时间的推移,然后允许估计时间失败;维修故障发生之前就能完成。在这种情况下,组织的知识,疲劳的材料科学,研究裂缝的形成导致了一个简单的测试技术巨大的经济重要性。

数学建模的大规模运动和传热(包括对流),连同研究凝固,气体溶解和通量的影响,提供一个更详细的理解因素控制焊接结构。这方面的知识,可以使焊缝缺陷更少。

放射性废物

另一个例子是提供的处理放射性废物。这里的问题主要是安全和安全的感觉,而不是经济。废物处置将继续的因素之一抑制开发核能直到公众感知构成任何危险。目前的计划是介于三个浪费和人类首先之间的壁垒封装在固体材料,在金属容器,最后埋容器在地质稳定的阵型。第一步需要一种惰性,稳定的材料,将放射性原子被困了很长时间,而第二步需要一个高度耐腐蚀和材料退化。

有两个适合使用封装。第一个是硼硅玻璃;这可以与放射性物质熔化,然后变成了玻璃结构的一部分。玻璃溶解度很低,原子迁移率很低,所以它提供了一个极好的障碍逃避的放射性物质。然而,玻璃在产生的高温使不透明热放射性衰变;也就是说,非晶玻璃态变成结晶,在这个过程中,材料的许多裂缝形式,让它不再提供了一个良好的屏障对放射性原子的逃避。(这个问题比盐更严重的在岩石的形成,因为盐具有较高的热导率比岩石和消散热量更容易)。存储废物问题可以缓解地面十年左右的时间。这将允许最初高的衰变速率的降低,从而降低了温度这将是到达后封装。以这种方式处理,硼硅玻璃反应器将是一个很好的封装材料浪费,年龄在十年左右的时间。

另一个候选人合成岩石由矿物混合物等钛锆钍矿和钙钛矿。这些都是非常不溶性,在自然状态下,已知隔离放射性元素数亿年。他们是水晶,陶瓷材料的水晶结构允许放射性原子被固定。他们不受使不透明,因为他们已经结晶。

一次封装,放射性废物必须放进罐子,耐腐蚀。这些可以由镍钢合金,但到目前为止是最好的候选人钛材料包含少量的镍和钼的痕迹碳和铁。即使他们是埋在干一个环境,这些金属被浸泡在盐水测试。测试表明,海水在250°C (480°F)会腐蚀掉小于一微米(1000毫米,或四个10/1000英寸)表面的钛材料(称为Ti代码12)。这非凡的性能主要是一个艰难的结果,高度抗氧化皮形成钛暴露在氧气。需要几千年的罐被腐蚀穿透。

为了估计的有效性废物处理必须指出,浪费是高放射性危险和危险的起初,但随时间而减小。放射性衰变等水平的危险是更少的几百年后,极低的500年后,1000年后可以忽略不计。为了违反triple-barrier系统,地下水必须迁移到罐,吃了它,然后浸出的放射性原子玻璃或陶瓷容器封装。这个过程很可能会远远超过一年。仔细的应用材料科学可以使放射性废物处置安全比现有其他有毒废物的处置方法。