Ученые тестируют материал, спасающий при ядерном взрыве

Опубликовано: 13.05.2018

Новая технология, по словам ее разработчиков из США, может помочь предотвратить некоторые из наихудших последствий ядерной катастрофы типа Фукусимы. Ученые из Массачусетского технологического института (MIT) тестируют керамический облицовочный материал для защиты топливных стержней АЭС, который может помочь предотвратить их от сбрасывания взрывоопасного водорода в случае расплавления.

Исследователи говорят, что одно из самых больших повреждений АЭС на Фукусиме после японского землетрясения и цунами в марте 2011 года, может быть вызвано взрывами водорода, освобожденного в виде перегретого циркониевого сплава (циркалой) топливных стержней облицовочного материала, вступающего в реакцию с паром.

Они утверждают, что новый карбид кремния (SiC) облицовочного материала снизит риск получения водорода примерно в 1000 раз, если его заменить текущим материалом, используемого в реакторах с водяным охлаждением (в более чем 90 % АЭС в мире).
“Мы рассматриваем все стороны вопроса в отношении замены металлической оболочки керамической”, – сказал Mujid Kazimi, профессор кафедры атомной инженерии MIT и старший автор исследования, опубликованного в журнале «Nuclear Technology».

Для проверки SiC оболочки при нормальных условиях эксплуатации, команда MIT использовала 3-слойную конструкцию оболочки, средний слой которой сделан из смеси волокон SiC, армированной большим числом SiC.

Трубы испытывали внутри исследовательского реактора Массачусетского технологического института в специальных петлях, которые копируют температуру хладагента и химический режим в больших энергетических реакторах. Исследователи обнаружили, что в экстремальных аварийных условиях скорость коррозии от 100 до 1000 раз меньше, чем у циркалоя, что на 2 % слабее на каждые 10 º C повышения температуры, и теряет свою прочность при 1300 º C, в то время как прочность керамического SiC остается практически постоянной при температуре значительно выше 1500 º C.

Kazimi сказал, что SiC также меньше разрушается при нормальных условиях через ее медленную реакцию взаимодействия с водой. И таким образом может оставаться в активной зоне реактора дольше, что позволяет операторам выжимать дополнительную энергию из каждого топливного стержня до замены, и следовательно, уменьшая количество отработанного топлива для утилизации.

Для использования SiC оболочки в реальных реакторах, однако, исследователям необходимо найти альтернативу сварке труб, закрытых, как это сейчас делается, с циркалоем. «Нам нужно присоединить керамику к керамике таким способом, чтобы можно было «устоять» в условиях ядерной зоны», – сказал Kazimi. «Это не так усовершенствовало саму науку, как металлы».

Бывший вице-президент и главный директор по технологиям «Westinghouse» Regis Matzie говорит в заявлении, предоставлянном MIT, что, хотя SiC оболочку изучали раньше, такое исследование имеет большее значение лишь после случая расплавления ядра и взрывов водорода на Фукусиме.
Трехслойная конструкция, разработанная командой MIT, «представляет собой наиболее перспективный материал реакторного топлива, который был предложен и исследован», – сказал он.