Ученые доказали, что добавление хрома в состав ядерного топлива повышает его

starikovaleks — 04.04.2025

Исследователи из Томского политехнического университета в составе научной группы разработали инновационное хромовое покрытие для оболочек специального «толерантного» ядерного топлива. Это покрытие обладает повышенной устойчивостью к повреждениям, что делает его перспективным решением для использования в ядерной энергетике.

В ходе испытаний было установлено, что данное покрытие способно снизить радиационные повреждения на 20%, а также в 1,8 раза уменьшить накопление взрывоопасного водорода. Эти результаты были опубликованы в пресс-службе Минобрнауки РФ.

В мировой атомной индустрии наблюдается активное развитие направления, связанного с так называемым «толерантным топливом». Это топливо обладает уникальной способностью сохранять свою структурную целостность даже в условиях критических сбоев, таких как потеря теплоносителя или нарушение системы охлаждения активной зоны реактора.

Даже в экстремальных ситуациях «толерантное топливо» способно предотвратить возникновение пароциркониевой реакции, которая может привести к образованию взрывоопасной смеси.

Физики Томского политехнического университета в сотрудничестве с коллегами из Белоруссии и Казахстана провели исследование, результаты которого подтвердили эффективность использования хромовых покрытий на циркониевом сплаве для создания оболочек толерантного ядерного топлива.

В ходе исследования на образцы циркониевого сплава Э110, который является наиболее распространённым материалом для изготовления тепловыделяющих элементов (твэлов) в отечественных реакторах, было нанесено покрытие из хрома толщиной 0,006–0,01 мм методом магнетронного напыления. Затем образцы были помещены в условия, имитирующие условия работы реакторов на атомных электростанциях.

Результаты исследования показали, что зона радиационного повреждения модифицированного сплава уменьшилась на 20%, а скорость накопления водорода снизилась в 1,8 раза. По мнению учёных Томского политехнического университета, полученные данные свидетельствуют о перспективности использования данного материала для создания тепловыделяющих элементов следующего поколения, что открывает новые возможности для развития ядерной энергетики.

В ходе исследования было установлено, что при нанесении защитного слоя хрома толщиной 6–10 микрометров на поверхность циркониевых элементов внутри ядерного реактора происходит накопление водорода в области контакта хрома и циркония. Это, в свою очередь, снижает вероятность возникновения парациркониевой реакции.

Как сообщает пресс-служба Томского политехнического университета, об этом рассказал Виктор Кудияров, один из авторов исследования и доцент отделения экспериментальной физики ТПУ.

Кроме того, ученые провели анализ изменений в микроструктуре сплава циркония, покрытого хромом, при высокотемпературном воздействии водорода и облучении ионами криптона, образующимися в результате распада урана.

Применение хромового покрытия способствует уменьшению толщины зоны радиационного повреждения на 15-20% при облучении ионами криптона с высокой энергией, что свидетельствует о повышении радиационной стойкости оболочки тепловыделяющего элемента. Внедрение таких тепловыделяющих элементов в атомную энергетику станет значимым этапом в развитии стандартов безопасности данной отрасли и откроет новые горизонты для её дальнейшего развития, — приводятся в сообщении слова Виктора Кудиярова.

В настоящее время учёные Томского политехнического университета исследуют устойчивость хромового покрытия на циркониевых оболочках тепловыделяющих элементов (твэлов) к окислительным процессам, а также его способность обеспечивать дополнительную защиту элементам ядерного топлива.

В исследовании приняли участие учёные Инженерной школы ядерных технологий Томского политехнического университета, Белорусского государственного университета и Института ядерной физики Республики Казахстан.

Исследование было проведено при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации в рамках государственного задания «Наука» (грант № FSWW-2023-0005). Результаты работы учёных были опубликованы в журналах Materials Chemistry and Physics и Coatings.

По материалам: «РИА Наука»

Оставить комментарий

Популярные посты:

clemens

Полноповоротный экскаватор: преимущества, характеристики и возможности в 2026 году

• Ранее
• Архив