Materiale til ny generation atomreaktorer udviklet

Materialeforskere fra National University of Science and Technology "MISIS" (NUST MISIS) udviklede et unikt sandwich-stål-vanadium-stål materiale, der er i stand til at modstå temperaturer på op til 700 ° C, hård stråling, mekanisk belastning og kemisk eksponering i lang tid. Materialet kan bruges i skallerne i atomreaktorkerner.

Stængerne tilhører de centrale funktionelle enheder i atomreaktoren. De kommer i kontakt med uranbrændstof og styrer intensiteten af ​​atomreaktionen. Hovedproblemet med den nye generations hurtige neutronreaktor, som gør det muligt at genbruge uran, er den alvorlige belastning, som disse stænger udsættes for.

De maksimale driftstemperaturer for brændstofelementskallerne i den nye generations reaktorer når 550-700 ° C. Natrium, det flydende metal kølemiddel, opererer udenfor. De skabte belastninger er meget højere end dem, som kerneskallerne i eksisterende reaktorer kan modstå.

For at lukke atombrændstofcyklussen i en ny generations hurtig neutronreaktor, nye konstruktionsmaterialer, der kan give et højere brændstofforbrænding i forhold til det, der i øjeblikket opnås, er nødvendige. Disse materialer skal modstå skadelige strålingsdoser på op til 180-200 dpa (forskydninger pr. Atom), i stedet for den maksimale 100-130 dpa, der er typiske for eksisterende materialer.

Under sådanne forhold, skalstænger af stål er simpelthen ikke i stand til at fungere. Materialeforskernes formål er at skabe materiale, der ville kunne modstå den samtidige påvirkning af flere faktorer i et super-aggressivt ydre miljø over en lang periode.

"Vores team har udviklet et trelags materiale, "stål/vanadiumlegeret stål". Det ferritiske korrosionsbestandige stål i det giver korrosionsbestandighed, og vanadiumlegeringen (V-4Ti-4Cr) giver varmebestandighed og strålingsresistens, der er tilstrækkelig til at modstå virkningerne af ultrastive miljøer i en atomreaktor ", Aleksandra Baranova, medforfatter til forskning, ph.d.-studerende ved NUST MISIS Institut for Metallurgisk Videnskab og Fysik af Styrke, siger.

Ifølge hende, at oprette en sådan sammensat er ikke en let opgave, da de to materialer skal være så monolitiske som muligt i samlingerne.

"Problemet blev løst ved brug af kompleks deformation og varmebehandling af trelags billets, herunder varm co-ekstrudering (presning), radial smedning og ledvalsning. Som resultat, en "overgangszone" dannes ved komponenternes grænse. Materialerne diffunderer ind i hinanden, hvilket giver en høj styrke i deres forbindelse, "Siger Alexandra.

Som resultat, stål og vanadiumlegering "vokser" til hinanden, forskere rapporterer. Forskerteamet formåede at oprette en prototype af kerneskallen, som er et monolitisk trelags rør.

Laboratorieundersøgelser viser kompositens høje mekaniske styrke ved driftstemperaturer på op til 700 ° C. I den nærmeste fremtid, forskere planlægger at påbegynde langsigtede undersøgelser af sandwichmaterialet for strålingsresistens.