Москва, 17 дек - ИА Neftegaz.RU. Ученые Томского политехнического университета (ТПУ) разработали покрытие для ядерных топливных элементов способное решить одну из острых проблем самого распространенного в мире типа ядерных реакторов, пишут РИА Новости со ссылкой на Materials Letters.
Разработка существенно повысит коррозионную стойкость топливных элементов и почти исключит риск утечек.
Всего на атомных станциях эксплуатируются 60 реакторов разного типа, 37 из них из серии ВВЭР-1000.
На первоначальном этапе проектирования и эксплуатации ТВС были с защитной оболочкой, те чехловые (типа ВВЭР-440), затем появились сборки с перфорированным чехлом.
В настоящее время на всех проектируемых и строящихся АЭС с реакторами типа ВВЭР-1000 преимущество отдано бесчехловым ТВС.
Специалисты ТПУ разработали новое покрытие такого типа, которое, по их словам, отличается высокой надежностью, экологичностью и экономичностью, а также простой технологией нанесения.
Покрытие предназначается для защиты тепловыделяющих элементов ТВЭЛов от разрушения вследствие выделения водорода при аварийном перегреве.
ТВЭЛы – главные элементы активной зоны атомного реактора, внутри которого происходит деление радиоактивных ядер топлива.
ТВЭЛы входят в состав тепловыделяющей сборки (ТВС).
ТВС ВВЭР-1000 представляет собой пучок ТВЭЛов, размещенных по треугольной решетке с шагом 12,76 мм.
Внутри циркониевой оболочки ТВЭЛа располагаются таблетки топлива диаметром 7,53 мм из двуокиси урана с обогащением по U от 2 до 4,4%.
ТВС содержит 317 твэлов, масса загрузки UO2 в одном ТВЭЛе около 1565 г.
Дело в том, что при аварийном перегреве происходит реакция между водяным паром и циркониевыми оболочками ТВЭЛов, что, по словам ученых ТПУ, может быть чревато утечкой топлива.
В результате такой пароциркониевой реакции выделяется взрывоопасный водород, а сами оболочки довольно быстро теряют свои свойства и могут утратить герметичность.
Защитить оболочки от разрушения можно за счет создания особых покрытий на их поверхности, объяснили ученые.
Профессор Отделения экспериментальной физики ТПУ А. Лидер рассказал, что оптимальный эффект дает покрытие из карбида кремния, нанесенное методом селективного лазерного спекания.
Испытания показали, что такое покрытие увеличивает стойкость к механическим повреждениям, возможным при эксплуатации.
Преимущества карбида кремния, как объяснили ученые, это отличная устойчивость к высоким температурам и коррозии.
Специалисты университета определили оптимальные режимы нанесения этого материала, позволяющие добиться низкой пористости покрытия и его качественного сцепления с поверхностью циркониевых сплавов.
Кроме того, в ходе исследования ученые ТПУ впервые применили ультразвуковую томографию для контроля целостности защитных покрытий на циркониевых материалах.
Этот метод, по словам авторов работы, также может стать важным элементом системы безопасности АЭС.
В дальнейшем научный коллектив намерен продолжить совершенствование нового покрытия, коррозионные и механические испытания, а также разработать методы его нанесения на изделия сложной формы.
Разработка существенно повысит коррозионную стойкость топливных элементов и почти исключит риск утечек.
Всего на атомных станциях эксплуатируются 60 реакторов разного типа, 37 из них из серии ВВЭР-1000.
На первоначальном этапе проектирования и эксплуатации ТВС были с защитной оболочкой, те чехловые (типа ВВЭР-440), затем появились сборки с перфорированным чехлом.
В настоящее время на всех проектируемых и строящихся АЭС с реакторами типа ВВЭР-1000 преимущество отдано бесчехловым ТВС.
Специалисты ТПУ разработали новое покрытие такого типа, которое, по их словам, отличается высокой надежностью, экологичностью и экономичностью, а также простой технологией нанесения.
Покрытие предназначается для защиты тепловыделяющих элементов ТВЭЛов от разрушения вследствие выделения водорода при аварийном перегреве.
ТВЭЛы – главные элементы активной зоны атомного реактора, внутри которого происходит деление радиоактивных ядер топлива.
ТВЭЛы входят в состав тепловыделяющей сборки (ТВС).
ТВС ВВЭР-1000 представляет собой пучок ТВЭЛов, размещенных по треугольной решетке с шагом 12,76 мм.
Внутри циркониевой оболочки ТВЭЛа располагаются таблетки топлива диаметром 7,53 мм из двуокиси урана с обогащением по U от 2 до 4,4%.
ТВС содержит 317 твэлов, масса загрузки UO2 в одном ТВЭЛе около 1565 г.
Дело в том, что при аварийном перегреве происходит реакция между водяным паром и циркониевыми оболочками ТВЭЛов, что, по словам ученых ТПУ, может быть чревато утечкой топлива.
В результате такой пароциркониевой реакции выделяется взрывоопасный водород, а сами оболочки довольно быстро теряют свои свойства и могут утратить герметичность.
Защитить оболочки от разрушения можно за счет создания особых покрытий на их поверхности, объяснили ученые.
Профессор Отделения экспериментальной физики ТПУ А. Лидер рассказал, что оптимальный эффект дает покрытие из карбида кремния, нанесенное методом селективного лазерного спекания.
Испытания показали, что такое покрытие увеличивает стойкость к механическим повреждениям, возможным при эксплуатации.
Преимущества карбида кремния, как объяснили ученые, это отличная устойчивость к высоким температурам и коррозии.
Специалисты университета определили оптимальные режимы нанесения этого материала, позволяющие добиться низкой пористости покрытия и его качественного сцепления с поверхностью циркониевых сплавов.
Кроме того, в ходе исследования ученые ТПУ впервые применили ультразвуковую томографию для контроля целостности защитных покрытий на циркониевых материалах.
Этот метод, по словам авторов работы, также может стать важным элементом системы безопасности АЭС.
В дальнейшем научный коллектив намерен продолжить совершенствование нового покрытия, коррозионные и механические испытания, а также разработать методы его нанесения на изделия сложной формы.
