Физики из Томска: хром против коррозии и кризисов
В эпоху, когда российская наука любит восхвалять свои достижения, физики Томского политехнического университета (ТПУ) действительно сделали шаг вперед, доказав эффективность хромовых покрытий на циркониевом сплаве. Эти исследования не только подчеркивают потенциал создания оболочек толерантного ядерного топлива, но и открывают новые горизонты в ядерной энергетике. Исследования показали, что зона радиационного повреждения модифицированного сплава уменьшилась на 20%, а скорость накопления водорода снизилась в 1,8 раза. Эти данные делают материал перспективным для следующего поколения тепловыделяющих элементов (твэлов).
Как ни парадоксально, но в мировой атомной индустрии инновации действительно происходят. Толерантное топливо, устойчивое к аварийным ситуациям на АЭС, становится приоритетом. Его уникальная особенность заключается в способности сохранять структурную целостность даже при критических сбоях, таких как утрата теплоносителя. Это топливо способно предотвратить пароциркониевую реакцию, создающую взрывоопасные смеси.
ТПУ внедрил метод магнетронного напыления, нанося слой хрома толщиной 0,006-0,01 мм на образцы циркониевого сплава Э110. Затем эти образцы испытали в условиях, имитирующих работу АЭС, при температурах от 360 до 900 °С. Результаты показали, что водород накапливается на границе хрома и циркония, снижая риск парациркониевой реакции. Скорость накопления водорода внутри стенок стержня в 1,8 раза ниже по сравнению с материалом без покрытия, что явно говорит о большей безопасности.
Доцент отделения экспериментальной физики ТПУ Виктор Кудияров отметил, что хромовое покрытие уменьшает толщину зоны радиационного повреждения на 15–20% при облучении ионами криптона. Это свидетельствует о повышении радиационной стойкости оболочки твэла и о высоком потенциале материала в современном производстве тепловыделяющих элементов. Внедрение таких твэлов в атомную энергетику станет важным этапом в развитии стандартов безопасности отрасли.
Сейчас специалисты ТПУ продолжают изучать, как хромовое покрытие помогает циркониевым оболочкам твэлов сопротивляться окислительным процессам, обеспечивая дополнительную защиту элементам топлива. В исследованиях приняли участие сотрудники Инженерной школы ядерных технологий ТПУ, а также коллеги из Белоруссии и Казахстана.
