Валерий Безумов, начальник лаборатории ОАО «ВНИИНМ»: «От циркония к композитам»

21 апреля 2014

ОАО ВНИИНМ разрабатывает новые материалы оболочек твэлов, обладающих повышенной прочностью. Об одном из приоритетных направлений института рассказывает начальник лаборатории отдела разработки технологий циркониевых сплавов, изделий и материалов ТВС тепловых реакторов Валерий Безумов:

– Авария на АЭС Фукусима стала поводом для форсирования исследований в области безопасной работы АЭС. Прирост мощностей производства электроэнергии атомными станциями, в основном за счет ВВЭР, требует существенного совершенствования их безопасной эксплуатации.

Одним из приоритетных направлений нашего института является разработка и использование новых конструкционных материалов для повышения безопасности  работы ВВЭР.

Применяемые для оболочек сплавы циркония обладают малым сечением захвата нейтронов, хорошей теплопроводностью, прочностью в нормальных условиях эксплуатации. Вместе с тем при увеличении температуры в интервале от 600 до 900 °С циркониевый сплав быстро теряет прочность за счет α-β-превращения. Кроме того, при достижении высоких температур происходит неконтролируемая пароциркониевая реакция с выделением водорода.

Одним из возможных путей повышения безопасности реакторов типа ВВЭР является разработка материала оболочек твэлов, обладающего достаточной прочностью и пластичностью при высоких температурах, стойкого в условиях паровой среды в аварийных ситуациях.

Анализ нейтронно-физических, химических, теплофизических и прочностных свойств материалов показал, что перспективным направлением является замена оболочек твэлов из циркониевых сплавов на оболочки из композиционного материала на основе карбида кремния (SiC). Потенциальные преимущества SiC-оболочки – в недопущении риска образования водорода при возникновении аварийных ситуаций.

Специалистами отделения выполнены научно-исследовательские работы по теме Разработка основ технологии изготовления экспериментальных композиционных карбидкремниевых оболочек тепловыделяющих элементов». 

С целью выбора перспективной технологии изготовлены экспериментальные образцы оболочечных труб различными методами.

С учетом полученных результатов и исследований физико-химических свойств SiC/SiC-труб выбрано перспективное направление создания оболочки твэла из композита на основе карбида кремния, которое является основой для разработки технологий исходных материалов и оболочек твэлов нового поколения в обеспечении толерантного поведения топлива водоохлаждаемых реакторов как в нормальных условиях эксплуатации, так и в аварийных ситуациях.

На следующем этапе основной научно-технической задачей научного коллектива ОАО «ВНИИНМ» является проведение работ по исследованию, разработке и созданию экспериментальных образцов твэлов нового поколения с использованием радиационно стойкого композиционного материала на основе карбида кремния.