Учените – специалисти по материалознание от Националния научно-технологичен университет „МИСиС” (НИТУ „МИСИС”) създадоха уникален трислоен материал „стомана-ванадий-стомана”, който е в състояние да издържа на температури до + 700 °С, силно радиационно облъчване, механични напрежения и химично въздействие и може да се използва за покритие на прътите в ядрените реактори.
Регулиращите пръти се отнасят към ключовите функционални възли на ядрения реактор; те влизат в контакт с урановото гориво и контролират интензивността на потока на ядрената реакция.
Основният проблем на ядрения реактор с бързи неутрони от ново поколение, който дава възможност за повторна употреба на отработилия уран, е свързан със сериозните натоварвания, на които са подложени тези пръти.
Максималните работни температури на обвивките на топлоотделящите елементи в реакторите от ново поколение достигат 550–700 °C, отвън те са изложени на течния топлоносител – натрий. Създават се значително по-високи натоварвания от тези, които могат да издържат на обвивките на прътите на съществуващите реактори.
За затварянето на цикъла на ядреното гориво в реактора на бързи неутрони от ново поколение са необходими нови структурни материали, които могат да осигурят по-високо изгаряне на гориво в сравнение с постигнатото в момента. Тези материали трябва да издържат на увреждащи дози радиация до 180-200 сна (измествания на атом), вместо максималните 100-130 сна за съществуващи материали.
В такива условия, обвивките (черупки) на прътите, изработени от стомана, просто не могат да работят. Изследователите са били изправени пред задачата да създадат материал, който да издържи едновременното влияние на няколко фактора на свръх-агресивната среда за дълъг период от време.
“Нашият екип е разработил трислоен материал“ стомана-ванадиева сплав-стомана ”, който е като “ сандвич ”. Феритната корозионноустойчива стомана в нея осигурява устойчивост на корозия, а ванадиевата сплав (V-4Ti-4Cr) осигурява топлина и радиационна устойчивост, достатъчни да издържат на въздействието на свръх агресивните среди в ядрения реактор”, каза съавторът на изследването, аспирант в катедрата по по металознание и физика на здравината – Александра Баранова.
Според нея, създаването на такъв композит само по себе си е трудна задача, тъй като двата материала трябва да бъдат възможно най-монолитни в местата на съединяването.
Както съобщават учените, в резултат на използването на технологията, стоманата и ванадиевата сплав “поникват” един в друг. Изследователският екип успя да създаде прототип на обвивката на пръта, който представлява монолитна трислойна тръбичка.
Лабораторните тестове показват висока механична якост на получения композит при работни температури до 700 °С.
В близко бъдеще разработчиците планират да започнат дългосрочни изследвания на трислойния материал за радиационна устойчивост.
Източник: Пресс-служба НИТУ «МИСиС»
https://scientificrussia.ru/news/sendvich-dlya-reaktora
