Ученые в Томске доказали эффективность хрома для безопасного ядерного топлива

Специалисты Томского политехнического университета (ТПУ) совместно с белорусскими и казахстанскими коллегами доказали эффективность применения хромовых покрытий на циркониевом сплаве для создания оболочек толерантного (устойчивого к авариям) ядерного топлива. Об этом сообщили в пресс-службе Минобрнауки РФ.

«Исследования показали, что зона радиационного повреждения модифицированного сплава уменьшилась на 20%, а скорость накопления водорода снизилась в 1,8 раза. Полученные данные говорят о перспективности материала для производства тепловыделяющих элементов (твэлов) следующего поколения, что откроет новые возможности в развитии ядерной энергетики», — отметили в пресс-службе.

В настоящее время, как пояснили в пресс-службе, мировая атомная индустрия активно развивает инновационное направление — толерантное топливо. Это ядерное топливо специального типа, устойчивое к возникновению аварийных ситуаций на АЭС. Оно способно сохранять структурную целостность при критических сбоях, например, при утрате теплоносителя или нарушении системы охлаждения активной зоны реактора. Даже в случае аварии это препятствует возникновению пароциркониевой реакции, которая приводит к формированию взрывоопасной смеси.

Ученые ТПУ методом магнетронного напыления нанесли на образцы циркониевого сплава Э110 слой хрома толщиной 6-10 микрометров. Образцы материала поместили в условия, приближенные к условиям работы реакторов на АЭС. Взаимодействие образцов с водородом изучалось в специальной камере при температуре от 360 до 900 градусов (360 градусов — температура эксплуатации твэлов, 900 градусов — температура, близкая к аварийной).

«По сути мы смогли увидеть, что происходит с материалом внутри действующего водо-водяного энергетического ядерного реактора. При нанесении защитного слоя хрома толщинами 6-10 микрометров водород накапливается в пределах границы раздела хрома и циркония, снижая риск возникновения парациркониевой реакции. При этом скорость накопления водорода внутри стенок стержня в 1,8 раза ниже по сравнению с материалом без покрытия», — рассказал соавтор исследования, доцент отделения экспериментальной физики ТПУ Виктор Кудияров, которого цитирует пресс-служба.

Наличие хромового покрытия уменьшает толщину зоны радиационного повреждения на 15-20% при облучении ионами криптона высокой энергии. Полученные данные, как убеждены ученые, свидетельствуют о высоком потенциале материала в производстве современных тепловыделяющих элементов. Внедрение таких твэлов в атомную энергетику станет важным этапом развития стандартов безопасности отрасли.