Учените от Националния изследователски ядрен университет «МИФИ» решават задачата за избор на покритието на повърхността на тръбичките на топлоотделящите елементи (твэл) по пътя за създаване на толерантно ядрено гориво.
Произведени са тръбички със защитно покритие, съдържащо хром, които ще бъдат поставени за облъчване в реактора МИР.
Проблемът
Основният конструкционен материал на горивните елементи за ВВЭР са циркониеви сплави, които успешно работят при температури до 350 °С. Когато температурата на корпуса на топлоотделящия елемент надвиши 800-900 °C – например в случай на аварийно прекратяване на отвеждането на топлината от реактора – цирконият реагира с водната пара, като се образува взривоопасният водород.
Решението
„За да се избегне реакцията на взаимодействието на циркония с водната пара, учените предлагат покриване на повърхността на топлоотделящите елементи с материали, които успешно предпазват циркония от контакт с парата. Такъв, по-специално, е хромът.
Затова решихме научно-техническия проблем за избора на състав и нанасянето на защитно покритие, съдържащо хром, върху фрагменти от топлоотделящи тръби с дължина до 500 мм.
Резултатът е значително забавяне на реакцията на окисление на циркония във водна пара при температура 1200 °C „, заяви Борис Калин, ръководител на катедрата по физични проблеми в материалознанието в Националния изследователски ядрен университет (НИЯУ МИФИ).
Според думите му, методът за йонно-лъчева обработка на тръбите на топлоотделящите елементи включва полиране – или травление с аргонови йони на повърхността на тръбата за почистване на неравностите.
По нататък, без да се прекъсва вакуумът в камерите на установката, върху повърхността на тръбите като покритие с дебелина до 10 микрона на няколко етапа се наслояват сплавите, които са закрепени като електроди на магнетроните. Това са специални устройства, които създават специален плазмен разряд върху повърхността на електрода за разпръскване на плазмени йони от този електрод.
Резултатите
След завършване на цикъла на обработката в НИЯУ МИФИ са провели електронно микроскопско и йонно микроскопско изследване на състава, структурата и дебелината на покритията.
Също така, учените са тествали покритието за износоустойчивост (при триене в циркониеви детайли), окисляване във вода (при 350 °С, налягане на водата 160 atm, за 72 часа) и на пара (при температура 1200 °C).
„Периодично повтаряйки експеримента, променяйки състава на електродите върху магнетроните и режимите на обработка, анализирайки резултатите от експериментите – избрахме оптималния състав на покритията и успяхме да предотвратим окисляването на външната повърхност на циркониевите тръби при 1200 °С в продължение на 400 секунди“, заяви Борис Калин.
Резултатите от това изследване са представени на 16-та Международна школа- конференция „Нови материали: толерантно ядрено гориво“, проведена в НИЯУ МИФИ по инициатива на научната школа и лабораторията за йонно-лъчева обработка на материалите към Катедрата по физични проблеми на материалознанието.
Източник: https://ria.ru/20181128/1533623155.html
