Ученые Томского политехнического университета (ТПУ) применили хромовые покрытия для защиты циркониевых элементов тепловыделяющих сборок (ТВС) водо-водяных энергетических реакторов (ВВЭР). Об этом сообщает пресс-служба вуза.
Используемые хромовые покрытия представляют собой тонкую пленку толщиной 10 микрометров. Данный материал был выбран в связи с наличием у него таких качеств, как жаростойкость, а также устойчивость к окислению и коррозии.
Тезисы доцента Научно-образовательного центра Б.П. Вейнберга Д. Сиделева:
- урановое топливо в реакторах типа ВВЭР находится в протяженных трубах из циркониевого сплава;
- они составляют оболочку тепловыделяющего элемента (ТВЭЛа);
- при облучении топлива потоком нейтронов начинается цепная реакция деления, сопровождающаяся выделением тепловой энергии, которая затем передается теплоносителю;
- при нарушении режима работы реактора и возникновении аварийных ситуаций повышается риск развития самоподдерживающейся пароциркониевой реакции, приводящей к интенсивному окислению ТВС, выделению тепла и генерации водорода;
- в результате целостность ТВС может нарушиться;
- урановое топливо попадает в активную зону ядерного реактора и вызывает, как результат, нарушение радиационной обстановки.
Для решения этой проблемы необходима разработка толерантного топлива, т. е. устойчивого к подобного рода авариям. Ученые ТПУ работают над предотвращением разрушения оболочек ТВЭЛов и дистанцирующих решеток, выполненных из циркониевого сплава.
Тезисы заведующего Лабораторией перспективных материалов и обеспечения безопасности водородных энергосистем Е. Кашкарова:
- были проведены большие работы по оптимизации структуры и состава хромовых покрытий;
- опытным путем мы выявили приемлемый режим осаждения покрытий, чтобы добиться их максимально плотной структуры;
- это необходимо для того, чтобы кислород не проникал внутрь сплава и не инициировал процесс окисления;
- также мы выяснили как влияет на процесс окисления толщина покрытий;
- в итоге установили необходимый диапазон толщин покрытий (10-15 микрометров), который не влечет за собой больших потерь для работы реакторов типа ВВЭР, обеспечивает высокую коррозионную стойкость и защиту ТВС в аварийных условиях.
Применение защитных хромовых покрытий увеличивает для операторов реактора время на принятие решений при аварийных ситуациях. Сейчас ученые ТПУ изучают возможности оптимизации элементного состава и структуры защитных покрытий для повышения их защитных свойств.