Fysiker från Tomsk Polytechnic University skapar skyddande titannitridbaserade beläggningar för skal av bränsleelement (bränslestavar) i kärnreaktorer. Sådana skal kan avsevärt minska hydrering av behållare som innehåller kärnbränsle, förlänga deras livslängd och förhindra reaktorexplosioner som Fukushima -katastrofen.
"I reaktorer, kärnbränsle placeras i speciella "rör" av zirkoniumlegeringar, bilda bränslestavar. I bränslestavarna, sker en kärnreaktion. Som ett resultat av radiolys av vattenkylvätskan, och också som ett resultat av växelverkan mellan vatten och zirkonium under höga temperaturer, väte frigörs. Väte kan ackumuleras i bränslestavskal som orsakar försämring av deras mekaniska egenskaper och eventuell förstörelse, "säger en av utvecklarna, en assistent vid Institutionen för allmän fysik Egor Kashkarov.
Enligt den unga forskaren, faran med växelverkan mellan zirkonium och vatten är att ju högre reaktortemperaturen är, desto mer väte frigörs. Till exempel, vid Fukushima-1-stationen i Japan, översvämning av pumputrustning i den aktiva zonen fick reaktorn att värmas upp över 1, 200 ° C, och en ång-zirkoniumreaktion fortgick snabbt, frigör en stor mängd väte. Explosionen av ackumulerat väte resulterade i en av de största strålolyckorna i världen.
Det vetenskapliga teamet från TPU Department of General Physics skapar skyddande titannitridbaserade beläggningar för att skydda zirkoniumbränslestavar från vatten och väteansamling. "Under testerna titanitrid har visat sig med hög hårdhet, slitstyrka, värmebeständighet och tröghet. Vi fann också att det skyddar väl från vätgasinträngning i materialet, vad som är kritiskt för kärnkraft. Beläggningarna kan minska vätgenomträngning i zirkoniumlegering, säger Egor Kashkarov.
Beläggningarna på zirkoniumsubstratet appliceras med hjälp av två tekniker - magnetronförstoftning och vakuumbågsavsättning. Båda processerna utförs på en installation som skapats vid universitetet. Resultatet är en tunn filmbeläggning - högst två mikron tjock.
"En av tillämpningarna för de utarbetade titannitridbeläggningarna är nästa generations reaktorer och termiska kärnreaktorer där väteogenomsläppliga beläggningar är en angelägen fråga. I sådana framtida reaktorer, temperaturerna ska öka upp till 400-450 ° C för att förbättra bränsleförbränningseffektiviteten. Följaktligen, hydrogenering av bränslestavar kommer att vara här mycket snabbare. Våra beläggningar kan förhindra det, säger utvecklaren.
