17 сентября 2020

Ученые НИТУ "МИСиС" разрабатывают новые материалы для изготовления "устройств локализации расплава"

Материаловеды НИТУ «МИСиС» по заказу компании ОАО «Атомэнергопроект» приступили к проведению аттестационных исследований существующего материала и подбору нового для изготовления «устройства локализации расплава» – капсулы, находящейся в гермообъёме ядерных реакторов – для крупнейших отечественных и зарубежных проектов корпорации «Росатом». Устройство локализации расплава является одной из систем пассивной защиты атомной безопасности и обеспечивает изоляцию фундамента и почвы от кориума – расплава корпуса реактора и его активной зоны - при техногенных авариях.

В настоящее время Россия строит атомные электростанции в Турции, Финляндии, Китае, Белоруссии, Индии, Бангладеше и др. Портфель зарубежных заказов корпорации Росатом включает в себя 36 энергоблоков. Для обеспечения повышенной безопасности реакторов поколения 3+ запланированы дополнительные системы пассивной защиты – так называемые «устройства локализации расплава».  

Устройство локализации расплава («ловушка расплава») – это стальная капсула со специальным наполнителем, находящаяся в гермообъеме ядерных реакторов, предназначенная для локализации расплава корпуса атомного реактора, внутрикорпусных устройств и активной зоны ядерного реактора при тяжелых авариях, которая обеспечивает изоляцию почвы и фундамента, а также охлаждение расплава.

В случае тяжелой аварии с потерей теплоносителя – как в крупнейших инцидентах на АЭС Чернобыля и Фукусимы – корпус реактора может расплавиться. В таком случае остатки радиоактивных токсичных материалов активной зоны попадают в данную ловушку, где охлаждаются до температур, при которых будет возможна работа спасательных бригад.

Специалисты кафедры металловедения и физики прочности НИТУ «МИСиС» совместно с научно-исследовательской лабораторией «Гибридные наноструктурные материалы» ведут проект по подбору нового материала ловушки расплава, который гарантированно обеспечит требуемые показатели надежности работы реактора, включая экстремальные режимы. 

«Для этого в лаборатории университета проводятся уникальные эксперименты по моделированию режимов работы корпуса «ловушки расплава» и экспериментальным исследованиям деградации механических свойств материалов в этих экстремальных условиях, с использованием вакуумных печей и современного испытательного оборудования – рассказал заведующий кафедрой металловедения и физики прочности, профессор Сергей Анатольевич Никулин. – «В настоящее время идут аттестационные исследования материала ловушки на соответствие необходимым параметрам прочности при высокотемпературном режиме работы реактора в штатном режиме и в условиях техногенной катастрофы». 

В российских системах защиты реактора «ловушка расплава» сооружается непосредственно под ним (на дне шахты) и представляет собой конусообразную металлическую конструкцию общим весом около 750 тонн. Ловушка заполняется специальным, так называемым «жертвенным материалом» (наполнителем), состоящим в основном из оксидов железа и алюминия. Наполнитель растворяется в расплаве топлива для уменьшения его объёмного энерговыделения и увеличения поверхности теплообмена, а вода по специальным трубопроводам в корпусе ловушки заливает эту массу.

«Проведение такого уникального эксперимента является беспрецедентным для НИТУ «МИСиС». Нам удалось в лаборатории смоделировать аварийный режим работы ядерного реактора и отследить поведение различных материалов предлагаемых для изготовления ловушки, - пояснил заведующий лабораторией «Гибридные наноструктурные материалы» Александр Комиссаров. – Анализ поведения материалов позволит рассчитать минимальный уровень прочности корпуса ловушки, обеспечивающий гарантированное и безопасное устранение последствий расплавления активной зоны реактора. Ловушка способна предотвратить тяжелые последствия аварии на АЭС, но, уверен, что с развитием сегодняшних атомных технологий безопасности она никогда не будет в действии».

Исследование проведено в рамках договора с АО «Тяжмаш» на выполнение НИР «Экспериментальная оценка степени деградации механических свойств основного металла и сварных соединений материала корпуса УЛР и направляющей плиты после различных режимов термической обработки» (2019-2020 г.)

Схема устройства представлена ниже:

НИТУ «МИСиС» - один из наиболее динамично развивающихся научно-образовательных центров страны. Находясь в числе лидеров технологического образования России, НИТУ «МИСиС» также представляет собой полноценный научный центр. Университет занимает ведущие позиции в мире в предметных рейтингах THE, QS и ARWU сразу по 16 направлениям, входя в топ-100 в категориях «Инжиниринг–Горное дело» (рейтинг QS) и «Инжиниринг-Металлургия» (рейтинг ARWU), в области материаловедения НИТУ «МИСиС» в группе 101+ лучших вузов (рейтинг QS).
Стратегическая цель НИТУ «МИСиС» к 2020 году укрепить лидерство по направлениям специализации:  материаловедение, металлургия и горное дело, а также существенно усилить свои позиции в сфере био-, нанотехнологий и ИТ. В состав университета входит 10 институтов, 6 филиалов – четыре в России и два за рубежом. В НИТУ «МИСиС» учится более 20 000 обучающихся, среди них 26% – это студенты  из 84 стран мира. В университете действуют более 30 научно-исследовательских лабораторий и 3 инжиниринговых центра мирового уровня, в которых работают ведущие российские и зарубежные  ученые. НИТУ «МИСиС» успешно реализует совместные проекты с крупнейшими высокотехнологичными компаниями России и мира.