Нанокерамика для ядерных реакторов научилась крепчать от излучения

Оксид алюминия
Александр Щукин/Wikimedia Commons
Международная
группа исследователей протестировала
новый тип защитных покрытий, который
является перспективным материалом для
использования в ядерной энергетике. Он
не только может выдержать интенсивные
радиационные нагрузки, но и становится
более прочным при облучении. Статья,
посвященная исследованию, опубликована
в журнале Scientific
Reports, кратко о ней рассказывается в пресс-релизе Университета Висконсин-Медисон.
В
процессе работы ядерного реактора
материалы, из которых сделаны элементы
активной зоны, постепенно деградируют
из-за воздействия высоких температур,
агрессивных сред и потоков частиц. Это
проявляется в термической и радиационной
ползучести и усталости металлов, а также в их охрупчивании и
распухании под действием нейтронного
излучения, что в конечном итоге заметно
снижает срок работы элементов реактора
и может привести к их разрушению. Особенно
важной эта проблема становится для
новых типов реакторов, в которых, в
качестве теплоносителя, используются
жидкие металлы,
расплавы солей,
сверхкритическая вода или гелий при высоких температурах,
что позволяет повысить КПД реактора.
Существует
множество разновидностей защитных
покрытий, благодаря которым можно
замедлить или прекратить процесс
разрушения внутрикорпусных элементов
реактора и оболочек тепловыделяющих элементов (ТВЭЛов).
К ним предъявляются следующие требования:
они должны быть твердыми и износоустойчивыми,
химически инертными, иметь хорошую
адгезию к поверхности, не образовывать
долгоживующие радионуклиды при облучении
нейтронами, при этом покрытие не должно
поглощать нейтроны сильнее, чем материала ТВЭЛа или тепловыделяющей
сборки. Сегодня такие покрытия делаются
на основе нитридов, боридов, карбидов
или оксидов металлов. Для защитных
покрытий, которые предполагается
использовать в реакторах IV
поколения, предъявляются более жесткие
требования. Одними из перспективных
покрытий для таких реакторов являются
нанокерамические
покрытия из оксида алюминия, которые
сохраняют прочность при высоких
температурах и имеют химическую
инертность в широком диапазоне агрессивных
сред. Они имеют аморфную структуру, в
которой однородно распределены
нанокристаллы. При этом в настоящий
момент мало изучен вопрос изменения
свойств таких покрытий при облучении
потоками частиц в условиях, сравнимых
с условиями активной зоны реактора.
Александр Войтюк