Ученые лаборатории химических технологий ТГУ 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.
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, – говорит директор Института «Умные материалы и технологии» Ирина Курзина.
– 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.
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, – отмечает Ирина Курзина. – ТВЭЛы являются главными конструктивными элементами ядерного реактора, они устанавливаются в активной зоне, поэтому для их изготовления требуются материалы с особенными характеристиками.
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 RFMEFI57517X0123). В реализации проекта участвуют около 20 ученых – специалисты в области химии, физики, наноматериалов и нанотехнологий.