При фабрикации топливных кассет, предназначающихся для загрузки в активную зону демонстрационного быстрого натриевого реактора PFBR-500, возможно использовать методы лазерной сварки.
Об этом говорится в докладе специалистов лаборатории современных методов изготовления ядерного топлива (AFFC) при индийском центре атомных исследований имени Хоми Баба (BARC).
Расположенная в Тарапуре лаборатория AFFC вовлечена в процесс фабрикации MOX-топлива для первого индийского энергетического бридера. Одна из технологических задач, возникающих при изготовлении кассеты, сопряжена со сваркой трубок из аустенитной стали D9 толщиной 450 микрон с концевиком топливной сборки, сделанным из стали 316M.
Для решения этой задачи в настоящее время индийские специалисты применяют ручную дуговую сварку неплавящимся электродом из вольфрама в среде инертного защитного газа (Gas Tungsten Arc Welding, GTAW). Как показывает опыт, это нельзя назвать наилучшим выбором, так как в сварном шве остаются вкрапления вольфрама, а также эта технология требует от сварщика немалого искусства при правильном позиционировании электродов.
По этой причине в лаборатории обратили внимание на лазерную сварку. У неё имеется ряд важных преимуществ перед другими методами, в том числе, возможность оставлять очень узкие сварные швы. Использование лазеров не приводит к существенному нагреву соединяемых поверхностей, а бесконтактная природа лазерной сварки позволяет обходиться без примесей в сварных швах.
В центре BARC давно присматриваются к возможностям лазерной сварки при фабрикации кассет. В частности, такая технология предложена к внедрению для процесса изготовления MOX-кассет для тяжёловодных реакторов PHWR. Подобная цель поставлена и перед индийскими быстровиками.
В качестве основного инструмента при лазерной сварке индийские атомщики склонны полагаться на твёрдотельный лазер Nd-YaG, активной средой в котором является алюмо-иттриевый гранат Y3Al5O12, легированный ионами неодима Nd3+. При сварке лазеры будут работать в импульсном режиме.
В прошлом году в тарапурской лаборатории был выполнен большой комплекс НИР по определению оптимальных параметров лазерной сварки для кассет быстрых реакторов. Были найдены оптимальная пиковая мощность (1035 Вт), длительность импульса (20 мс) и ряд других характеристик.
Теперь индийским атомщикам предстоит задуматься над возможностью использования лазерной сварки при изготовлении реальных кассет из числа тех, которые будут загружаться в PFBR-500.