Сэндвич для реактора: Разработка НИТУ "МИСиС" поможет создать атомные электростанции нового поколения

Сэндвич для реактора: Разработка НИТУ "МИСиС" поможет создать атомные электростанции нового поколения

Материаловеды Национального исследовательского технологического университета "МИСиС" (НИТУ "МИСИС") создали уникальный трехслойный материал "сталь-ванадий-сталь", который способен долго выдерживать температуры до +700?С, жесткое радиационное облучение, механические напряжения и химическое воздействие и может применяться в оболочках стержней атомных реакторов.

Стержни относятся к ключевым функциональным узлам атомного реактора; они входят в контакт с урановым топливом и управляют интенсивностью течения ядерной реакции. Главная проблема атомного реактора на быстрых нейтронах нового поколения, позволяющего повторно использовать отработанный уран, заключается в серьезных нагрузках, которым подвергаются эти стержни.

Максимальные рабочие температуры оболочек тепловыделяющих элементов (ТВЭЛов) в реакторах нового поколения достигают 550-700?С, с внешней стороны на них действует жидкометаллический теплоноситель - натрий. Создаются нагрузки значительно выше тех, которые могут выдержать оболочки стержней существующих реакторов.

Для замыкания ядерного топливного цикла в реакторе на быстрых нейтронах нового поколения необходимы новые конструкционные материалы, способные обеспечивать более высокое выгорание топлива, по сравнению с достигнутым в настоящее время. Эти материалы должны выдерживать повреждающие дозы облучения до 180-200 сна (смещений на атом), вместо максимальных 100-130 сна для существующих материалов.

В таких условиях оболочки стержней, выполненных из стали, просто не способны работать. Перед исследователями встала задача создать материал, способный в течение длительного периода выдерживать одновременное воздействие нескольких факторов сверхагрессивной внешней среды.

"Наш коллектив разработал трехслойный материал "сталь-ванадиевый сплав-сталь", представляющий собой "сэндвич". Ферритная коррозионностойкая сталь в нем обеспечивает коррозионную стойкость, а ванадиевый сплав (V-4Ti-4Cr) - жаропрочность и радиационную стойкость, достаточные, чтобы противостоять воздействию сверхжестких сред атомного реактора", - рассказала соавтор исследования, аспирант кафедры металловедения и физики прочности НИТУ "МИСиС" Александра Баранова.

По ее словам, создать подобный композит - задача сама по себе непростая, поскольку два материала должны быть максимально монолитны в местах соединения.

"Решить проблему удалось применением сложной деформационно-термической обработки трехслойных заготовок, включающей горячую коэкструзию (прессование), радиальную ковку и совместную прокатку. В результате происходит формирование "переходной зоны" на границе материалов-компонентов, в которой материалы диффундируют один в другой, что обеспечивает высокую прочность их соединения", - рассказала Александра Баранова.

Как сообщили ученые, в результате применения технологии сталь и ванадиевый сплав "прорастают" друг в друга. Научному коллективу удалось создать прототип оболочки стержня, который представляет собой монолитную трехслойную трубку.

Лабораторные испытания показали высокую механическую прочность полученного композита при рабочих температурах до 700?С. В ближайшее время разработчики планируют приступить к долгосрочным исследованиям трехслойного материала на радиационную стойкость.

Дина Моисеева +7 903 363 05 73

Справка о НИТУ "МИСиС"

НИТУ "МИСиС" в 2018 году отмечает 100-летие со дня основания Московской горной академии, преемником которой является. Сегодня НИТУ "МИСиС" - один из наиболее динамично развивающихся научно-образовательных центров страны. Находясь в числе лидеров технологического образования России, НИТУ "МИСиС" также представляет собой полноценный научный центр. Университет входит в предметные рейтинги THE, QS и ARWU сразу по шести направлениям, занимая 30-е место в мире по направлению "Инжиниринг - Горное дело" и входя в топ-100 в категории "Инжиниринг - Металлургия".

Стратегическая цель НИТУ "МИСиС" к 2020 году укрепить лидерство по направлениям специализации: материаловедение, металлургия и горное дело, а также существенно усилить свои позиции в сфере био-, нано- и ИТ-технологий. В состав университета входит 9 институтов, 5 филиалов - четыре в России и два за рубежом. В НИТУ "МИСиС" обучаются более 17000 студентов из 69 стран мира. В университете действуют более 30 лабораторий и 3 инжиниринговых центра мирового уровня, в которых работают ведущие ученые России и мира. НИТУ "МИСиС" успешно реализует совместные проекты с крупнейшими российскими и зарубежными высокотехнологичными компаниями.