Томские ученые разрабатывают покрытия, которые помогут предотвратить аварии на ядерных реакторах

Научный коллектив кафедры общей физики Томского политеха создает защитные покрытия на основе нитрида титана для оболочек тепловыделяющих элементов (твэлов) ядерных реакторов, сообщает пресс-служба вуза.

«Ядерное топливо в реакторах закладывается в специальные “трубки” из циркониевых сплавов, из них формируются твэлы. В твэлах и происходит ядерная реакция. В результате радиолиза теплоносителя — воды, а также в результате взаимодействия теплоносителя с цирконием под воздействием высоких температур (свыше 860°С) выделяется водород. Водород способен накапливаться в оболочках твэлов, приводя к деградации их механических свойств и разрушению», — поясняет один из разработчиков, ассистент кафедры общей физики Егор Кашкаров.

По словам молодого ученого, опасность взаимодействия циркония с водой заключается еще и в том, что чем выше температура в реакторе, тем больше водорода выделяется. Так, например, произошло во время аварии на станции «Фукусима-1» в Японии: из-за затопления насосного оборудования активная зона реактора разогрелась более чем до 1200 градусов, пароциркониевая реакция протекала стремительно с образованием большого количества водорода. Взрыв накопившегося водорода и стал причиной одной из крупнейших радиационных аварий в мире.

Научный коллектив кафедры общей физики ТПУ создает защитные покрытия на основе нитрида титана, которые станут барьером, ограждающим циркониевый твэл от воздействия воды и накопления водорода.

«В ходе экспериментов нитрид титана хорошо себя зарекомендовал: у него высокая твердость, износостойкость, жаростойкость, инертность. Мы обнаружили также, что он хорошо защищает от проникновения водорода в материал, что является важным для ядерной энергетики. Разрабатываемые покрытия позволяют снизить проникновение водорода в циркониевый сплав», — отмечает Егор Кашкаров.

Покрытия на циркониевую подложку политехники наносят с помощью двух технологий: магнетронного распыления и вакуумно-дугового осаждения. Оба эти процесса осуществляются на установке, разработанной в вузе. В результате получается тонкопленочное покрытие — толщиной не более двух микрон.

«Одна из перспектив применения разрабатываемых покрытий из нитрида титана — реакторы нового поколения и термоядерные реакторы, где также остро стоит проблема разработки водонепроницаемых покрытий. В реакторах нового поколения для повышения эффективности выгорания топлива предполагается повышение температуры до 400-450 градусов. Следовательно, здесь процессы наводораживания твэлов будут идти значительно быстрее. Наши покрытия способны этому помешать», — говорит разработчик.