Belægninger til nukleart brændsel for at forhindre eksplosioner i reaktorer

Fysikere fra Tomsk Polytechnic University skaber beskyttende titaniumnitrid-baserede belægninger til skaller af brændselselementer (brændselsstave) af atomreaktorer. Sådanne granater kan betydeligt reducere hydrogenering af beholdere med nukleart brændsel, forlænge deres levetid og forhindre reaktoreksplosioner såsom Fukushima-katastrofen.

"I reaktorer, nukleart brændsel anbringes i specielle 'rør' lavet af zirconiumlegeringer, danner brændstofstave. I brændstofstavene, en kernereaktion finder sted. Som et resultat af radiolyse af kølevandet, og også som et resultat af interaktion mellem vand og zirconium under høje temperaturer, brint frigives. Brint er i stand til at akkumulere i brændstofstangsskaller, hvilket forårsager nedbrydning af deres mekaniske egenskaber og eventuel ødelæggelse, " siger en af ​​udviklerne, en assistent ved Institut for Almen Fysik Egor Kashkarov.

Ifølge den unge videnskabsmand, faren ved vekselvirkningen mellem zirconium og vand er, at jo højere reaktortemperaturen er, jo mere brint frigives. For eksempel, på Fukushima-1 stationen i Japan, oversvømmelse af pumpeudstyr i den aktive zone fik reaktoren til at varme op over 1, 200 °C, og en damp-zirconium reaktion forløb hurtigt, frigivelse af en stor mængde brint. Eksplosionen af ​​akkumuleret brint resulterede i en af ​​de største strålingsulykker i verden.

Det videnskabelige hold fra TPU Department of General Physics skaber beskyttende titaniumnitrid-baserede belægninger for at beskytte zirconium brændstofstave mod vand- og brintakkumulering. "Under prøver, titaniumnitrid har bevist sig med høj hårdhed, Modstandsdygtighed, varmebestandighed og inerti. Vi fandt også ud af, at det beskytter godt mod brintindtrængning i materialet, hvad der er afgørende for atomenergi. Belægningerne kan reducere brintgennemtrængning i zirconiumlegering, " siger Egor Kashkarov.

Belægningerne på zirkoniumsubstratet påføres ved hjælp af to teknologier - magnetronforstøvning og vakuumbueaflejring. Begge processer udføres på et setup oprettet på universitetet. Resultatet er en tynd filmbelægning - ikke mere end to mikrometer tyk.

"En af anvendelserne af de omfattende titaniumnitrid-belægninger er næste generations reaktorer og termiske atomreaktorer, hvor brint-uigennemtrængelige belægninger er et presserende spørgsmål. I sådanne fremtidige reaktorer, temperaturer formodes at stige op til 400-450 °C for at forbedre brændstofforbrændingseffektiviteten. Følgelig, hydrogenering af brændstofstave vil være her meget hurtigere. Vores belægninger er i stand til at forhindre det, " siger udvikleren.