Ученые лаборатории химических технологий Томского госуниверситета разрабатывают новый композиционный материал для изготовления тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ) ядерных реакторов на быстрых нейтронах. Исследователи уже получили экспериментальные образцы ванадиевого сплава и провели первые испытания с использованием ускорителей тяжелых частиц.
Как сообщает пресс-служба вуза, новый композит будет состоять из модифицированного сплава V-Ti-Cr, закрытого с обеих сторон хромсодержащей сталью. Такое сочетание обеспечит улучшенные физико-химические свойства, необходимые для использования при сверхвысоких параметрах эксплуатации в активной зоне ядерного реактора.
«На сегодняшний день мы завершили первый этап проекта, в ходе которого был проделан большой объем работы. Проработана российская и зарубежная литература. На основе этого материала подготовлен аналитический обзор, включающий в себя описание проблемы разработки и создания материалов для изготовления тепловыделяющих элементов, описаны основные способы получения таких материалов. Проведены патентные исследования», — говорит директор Института «Умные материалы и технологии» Ирина Курзина.
Используя полученные данные, ученые разработали сплав, который станет «сердцем» нового композита. Его основой является ванадий, в который введены добавки титан и хрома. Для исследования полученного материала разработана методика ускоренного исследования поведения образцов ванадиевого сплава и трехслойного материала «хромсодержащая сталь — ванадиевый сплав — хромсодержащая сталь» под воздействием облучения с использованием ускорителей тяжелых частиц и моделирования нейтронного облучения высокой интенсивности.
Испытания радиационной устойчивости ванадиевого сплава проходили на базе партнера ТГУ — Института сильноточной электроники СО РАН. Результаты облучения образца подтвердили, что новый материал имеет необходимые функциональные характеристики.
«Это очень важно, поскольку радиационные нагрузки на конструкции в реакторах на быстрых нейтронах значительно выше, чем в реакторах второго и третьего поколения. ТВЭЛы являются главными конструктивными элементами ядерного реактора, они устанавливаются в активной зоне, поэтому для их изготовления требуются материалы с особенными характеристиками», — отмечает Ирина Курзина.
В ходе первого этапа проекта был разработан технологический лабораторный регламент на процесс получения экспериментальных образцов ванадиевого сплава. Окончательный результат — композиционный материал, который помимо реакторов можно будет использовать в турбинах самолетов и ракет, — ученые ТГУ представят в конце 2018 года.
Разработка композиционного материала для реакторов нового поколения осуществляется при поддержке Минобрнауки РФ в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014–2020 годы» (уникальный идентификатор проекта RFMEFI57517×0123). В реализации проекта участвуют около 20 ученых — специалисты в области химии, физики, наноматериалов и нанотехнологий.