Физики из Московского физтеха и Объединенного института высоких температур РАН выяснили, как ведет себя ядерное топливо при появлении дефектов в его кристаллической решетке, что позволит увеличить сроки жизни "урановых таблеток", говорится в статье, опубликованной в International Journal of Plasticity.
"Мы сделали важный шаг на пути к описанию таких сложных процессов, как распухание и повышение хрупкости ядерного топлива во время его эксплуатации, полностью основываясь на компьютерном моделировании",
— заявил Сергей Стариков, сотрудник МФТИ и ОИВТ, чьи слова приводит пресс-служба физтеха.
Ядерное топливо, как и все другие источники энергии, меняет свои свойства и химический состав при его использовании. По мере выгорания соотношение числа атомов урана и кислорода в нем заметно меняется, и эти изменения, вкупе с взаимодействием радиации с оболочками "таблеток" диоксида урана, приводят к заметным изменениям в форме этих топливных элементов и выделению химически агрессивных молекул.
Многие из этих изменений происходят по той причине, что кристаллы диоксида урана, "спрессованные" в эти таблетки, меняют свою форму при распаде урана внутри них или в соседних группах атомов. Понимание того, как появляются эти деформации и как они влияют на "разбухание" ядерного топлива, крайне важно для обеспечения безопасности работы реактора, так как изменения в геометрии кристаллов влияют не только на форму таблеток, но и на то, как протекают реакции ядерного деления внутри него.
Российские физики раскрыли некоторые детали этого процесса, которые помогут сделать топливо более долговечным и безопасным, создав компьютерную модель кристаллов диоксида урана, меняющих свою форму под действием распадов атомов, флуктуаций температуры и прочих внешних сил.
Эти расчеты показали, что структура кристаллов диоксида урана может меняться при очень высоких температурах – 700 градусов Цельсия и больше – двумя разными путями. Учет этих процессов при проектировании ядерных реакторов и топливных элементов для них, и их дальнейшее изучение при помощи модели Старикова и его коллег, как надеются авторы статьи, поможет сделать ядерную энергетику еще более безопасной.