Российские ученые разработали хромовые покрытия для защиты циркониевых элементов ТВС

Ученые Томского политехнического университета изучили поведение сварных соединений из циркониевого сплава Э110, полученных при помощи лазерной сварки.

На циркониевые изделия, применяемые при изготовлении тепловыделяющих сборок (ТВС) водо-водяных энергетических реакторов (ВВЭР), были нанесены защитные покрытия из хрома, защищающие их от окисления. Результаты исследования ученых опубликованы в журнале Corrosion Science (Q1, IF 7.205).

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,

— поясняет доцент Научно-образовательного центра Б.П. Вейнберга Дмитрий Сиделёв.

— 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 этого целостность ТВС может нарушиться. Урановое топливо попадает в активную зону ядерного реактора и вызывает, как результат, — нарушение радиационной обстановки».

Ученые всего мира сегодня заняты исследованиями в рамках концепции по разработке толерантного топлива, т.е. устойчивого к подобного рода авариям. Команда ТПУ решает одну из таких задач комплексно, работая над предотвращением разрушения оболочек ТВЭЛов и дистанцирующих решеток, выполненных из циркониевого сплава.

Хромовые покрытия представляют собой тонкую пленку толщиной 10 микрометров. В качестве материала для создания защитных покрытий хром был выбран не случайно: это жаростойкий металл, устойчивый к окислению и коррозии. Исследования проводились сначала на тестовых образцах, затем на промышленных — Новосибирский завод химконцентратов (АО «ТВЭЛ») изготовил для томских ученых образцы сварных соединений по своей производственной технологии. Покрытия наносились с помощью вакуумной ионно-плазменной установки, разработанной сотрудниками НОЦ Б.П. Вейнберга ИЯТШ ТПУ.

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»,

— комментирует один из авторов статьи, заведующий Лабораторией перспективных материалов и обеспечения безопасности водородных энергосистем Егор Кашкаров.

Применение защитных хромовых покрытий увеличивает для операторов реактора время на принятие решений при аварийных ситуациях.

В настоящий момент ученые ТПУ изучают возможности режим оптимизации элементного состава и структуры защитных покрытий для повышения их защитных свойств. Работы ведутся в рамках гранта РНФ.

11.01.2022


Подписаться в Telegram



Хайтек

Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий
Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий

Когда речь заходит о сверхпроводящих куби...

Nature Communications: Совершен прорыв в создании квантовых материалов
Nature Communications: Совершен прорыв в создании квантовых материалов

Исследователи из Калифорнийского универси...

PNAS: Клеточный каркас разобрали на микроскопические пути
PNAS: Клеточный каркас разобрали на микроскопические пути

Исследователи из Принстона применили спле...

Детекторы космических лучей для TAIGA- Muon запустят в серию в ТПУ
Детекторы космических лучей для TAIGA- Muon запустят в серию в ТПУ

Ученые из Томского политехнического униве...

Physical Review Letters: Открыт материал с большим невзаимным поглощением света
Physical Review Letters: Открыт материал с большим невзаимным поглощением света

В основе глобальной интернет-связи лежит оптич...

Applied Surface Science: Открыт путь к мемристорам нового поколения
Applied Surface Science: Открыт путь к мемристорам нового поколения

Мемристорные устройства представляют собой кат...

Frontiers of Optoelectronics: Прогресс в области двумерных полупроводников
Frontiers of Optoelectronics: Прогресс в области двумерных полупроводников

Замещающее легирование чужеродными элементами ...

Angewandte Chemie: Ученые объяснили, почему металлы превращаются в стекло
Angewandte Chemie: Ученые объяснили, почему металлы превращаются в стекло

Если проникнуть глубоко-глубоко под повер...

Создан катализатор для преобразования нитратного загрязнения в аммиак
Создан катализатор для преобразования нитратного загрязнения в аммиак

Загрязнения, извергаемые бурно развивающейся м...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Транзисторы на основе бальзового дерева усилят позиции зеленой электроники
Транзисторы на основе бальзового дерева усилят позиции зеленой электроники
Наноразмерное покрытие ускоряет работу катализаторов на основе наночастиц золота
Наноразмерное покрытие ускоряет работу катализаторов на основе наночастиц золота
Scientific Reports: ИИ показал больший творческий потенциал, чем человек
Scientific Reports: ИИ показал больший творческий потенциал, чем человек
Ecology: Японские медведи в поисках пищи разоряют лесопосадки
Ecology: Японские медведи в поисках пищи разоряют лесопосадки
NSMBio: Исследование проливает свет на истоки неврологических заболеваний
NSMBio: Исследование проливает свет на истоки неврологических заболеваний
British Journal of Anaesthesia: Ученые выявили ошибку в работе пульсоксиметров
British Journal of Anaesthesia: Ученые выявили ошибку в работе пульсоксиметров
FEARC: Археологи используют фундук для реконструкции древних лесных массивов
FEARC: Археологи используют фундук для реконструкции древних лесных массивов
Blood: Создана новая стратегия поиска и уничтожения стволовых клеток лейкемии
Blood: Создана новая стратегия поиска и уничтожения стволовых клеток лейкемии
Лесовосстановления недостаточно для возмещения углерода от заготовки древесины
Лесовосстановления недостаточно для возмещения углерода от заготовки древесины
PRL: Ученые продвинулись в управляемом ускорении электронов в микромасштабе
PRL: Ученые продвинулись в управляемом ускорении электронов в микромасштабе
PNAS Nexus: Хоть горшком назовите, только учитывайте культурные различия
PNAS Nexus: Хоть горшком назовите, только учитывайте культурные различия
Nature Comm: Ошибка Пифагора вынуждает пересмотреть принципы создания музыки
Nature Comm: Ошибка Пифагора вынуждает пересмотреть принципы создания музыки
Открыт антивозрастной эффект витамина D и рецептора в средней кишке дрозофилы
Открыт антивозрастной эффект витамина D и рецептора в средней кишке дрозофилы
Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий
Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий
Journal of the American Heart Association: Сидячий образ жизни приближает смерть
Journal of the American Heart Association: Сидячий образ жизни приближает смерть

Новости компаний, релизы

НАИРИТ объявит итоги Всероссийского инновационного конкурса 21 февраля
НАИРИТ объявит итоги Всероссийского инновационного конкурса 21 февраля
«Инструменты инновационного развития»
«Инструменты инновационного развития»
3 причины перехода с печатной рекламы на цифровую
3 причины перехода с печатной рекламы на цифровую
Виды резервирования серверов для задач АСУ ТП
Виды резервирования серверов для задач АСУ ТП
Выбор клиники и лечащего врача с помощью специализированного сервиса
Выбор клиники и лечащего врача с помощью специализированного сервиса