Ученые ТПУ защитили контейнеры для ядерного топлива от водорода при помощи ионной имплантации

Фото: news.tpu.ru

Ученые Томского политехнического университета нашли эффективный способ, как защитить от водорода тепловыделяющие элементы (твэлы), содержащие в себе топливо для ядерных реакторов. Новая технология позволяет защитить контейнеры для ядерного топлива не только снаружи, но еще и изнутри при помощи ионной имплантации. Таким образом, водород не попадает внутрь топливного носителя и не разрушает его, что позволяет не только продлить срок действия самого твэла, но и защитить от взрыва при возможных авариях и ЧС ядерный реактор.

На фото: Егор Кашкаров

Результаты исследования научного коллектива ТПУ представлены в статье , опубликованной в журнале Applied Surface Science ( IF 3,150; Q 1 ).

Как отмечает один из главных авторов научной статьи, ассистент кафедры общей физики Егор Кашкаров , 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 выделяется водород. Водород способен накапливаться в оболочках твэлов, приводя к деградации их механических свойств и разрушению. 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. Чтобы таких аварий не повторилось снова, необходимо защищать твэлы от наводораживания.

Напомним, ранее научным коллективом ТПУ был разработан метод защиты оболочек твэлов путем нанесения на них   защитных покрытий на основе нитрида титана.

«Такие покрытия способны значительно снизить наводораживание твэлов. Однако они не исключают полностью проникновения водорода в оболочку контейнера для ядерного топлива. Водород все равно проникает через созданный нами барьер внутрь твэла и повреждает его, однако на порядок медленнее, чем в непокрытый сплав», — объясняет Егор Кашкаров.

Чтобы решить эту проблему, ученые ТПУ предложили внедрить на наноуровне в структуру циркониевого твэла ионы титана.

«Для этого мы использовали уже известный науке метод ионной имплантации, — уточняет Егор Кашкаров. — Твэлы состоят из топливного сердечника, оболочки и концевых деталей. Метод ионной имплантации подразумевает, что мы облучаем циркониевую оболочку твэла потоками многозарядных ионов титана, формируемых из плазмы дугового разряда. Таким образом, формируется градиентный поверхностный слой толщиной до 250-300 нанометров, обеспечивающий эффективный “захват” проникающего внутрь оболочки твэла водорода», — описывает метод политехник.

Далее ученые покрывают циркониевую оболочку твэла с внедренными в нее ионами титана защитным слоем из нитрида титана. Таким образом, получается двойной уровень защиты: покрытие нитрида титана обеспечивает снижение проникновения водорода и высокие механические характеристики поверхности, а имплантированный слой — эффективный захват водорода.

«Проведенные нами исследования показали, что модифицированный слой успешно захватывает проникающий через покрытие  водород. Таким образом, водород не проникал вглубь сплава. Новая методика хороша также и тем, что позволяет обеспечить хорошую адгезию покрытий при высоких температурах — когда защитные слои не отслаиваться от твэла», — резюмирует Егор Кашкаров.

Последние новости Томской области по теме:
Ученые ТПУ защитили контейнеры для ядерного топлива от водорода при помощи ионной имплантации

- Томск
источник: FlashSiberia фото: РИА Новости Ученые Томского политехнического университета (ТПУ) нашли способ, как защитить от водорода тепловыделяющие элементы (твэлы), содержащие в себе топливо для ядерных реакторов,
16:03 29.05.2017 FlashSiberia
Ученые ТПУ защитили контейнеры для ядерного топлива от водорода при помощи ионной имплантации - ТПУ
Ученые ТПУ защитили контейнеры для ядерного топлива от водорода при помощи ионной имплантации - Томск
Ученые Томского политехнического университета нашли эффективный способ, как защитить от водорода тепловыделяющие элементы (твэлы), содержащие в себе топливо для ядерных реакторов.
14:04 29.05.2017 ТПУ
 
По теме
Образование: стратегический подход О том, какие инновационные формы и методы внедряются в программу подготовки будущих сотрудников полицейского ведомства,
16.07.2018
 
Состоялось заседание межведомственной рабочей группы по вопросам расследования преступлений, связанных с врачебными ошибками - Следственный комитет В ходе личных встреч, а также совместных мероприятий Председателя Следственного комитета России Александра Бастрыкина и Президента Союза медицинского сообщества «Национальная Медицинская Палата» Леонида Рошаля была дости
15.07.2018
 
В Госдуме решили переработать законопроект «О государственных гарантиях равных прав и свобод мужчин и женщин и равных возможностей для их реализации», внесенный спикером палаты Вячеславом Володиным еще в 2003 году.
14.07.2018
В Ленинском районе г.Томска к лишению свободы осужден лже-адвокат за мошенничество под видом получения адвокатских гонораров - Прокуратура Томской области Ленинский районный суд г.Томска признал ранее судимого 30-летнего жителя областного центра виновным в совершении преступления, предусмотренного ч.2 ст.159 УК РФ (мошенничество с причинением значительного ущерба гражданину).
16.07.2018 Прокуратура Томской области
В Каргасокском районе Томской области вынесен обвинительный приговор местному жителю, поджегшему баню родного брата - Прокуратура Томской области Каргасокский районный суд Томской области признал 30-летнего местного жителя виновным в совершении преступления, предусмотренного ч.3 ст.30, ч.2 ст.167 УК РФ (покушение на умышленное уничтожение чужого имущества путем поджога,
16.07.2018 Прокуратура Томской области
В неполные 38 лет Михаил Ш. обзавелся длинным «хвостом» из девяти судимостей.
10.07.2018 Красное знамя
1491990364_thumb_main - САН Томск Представители епархии обратились в Томский государственный архитектурно-строительный университет (ТГАСУ) с просьбой выявить причины возникновения вибрации при звучании колокола на звоннице Свято-Воскресенской церкви.
16.07.2018 САН Томск
Открыт прием заявок на участие в V Всероссийском творческом фестивале «Верим в село! Гордимся Россией!» - Департамент по молодежной политике, физической культуре и спорту Пятый год Российский союз сельской молодежи при поддержке Министерства сельского хозяйства Российской Федерации проводит Всероссийский творческий фестиваль «Верим в село!
16.07.2018 Департамент по молодежной политике, физической культуре и спорту
О выставке к 70-тилетию Рафаэля Асланяна в Томском областном художественном музее Многие слышали о знаменитейшем армянском художнике Мартироосе Сергеевиче Сарьяне.
09.07.2018 Томская неделя
«Видимо, я учитель по призванию. Всегда чувствовал, что прожил день не зря, если читал в этот день лекцию», — говорит о себе почетный работник высшей школы, ветеран ТГУ Владимир Георгиевич Иванов.
04.07.2018 Красное знамя
Сегодня одна из главных партий его жизненного спектакля, если говорить на языке оперы, — ария директора Томского музыкального колледжа имени Эдисона Денисова.
02.07.2018 Красное знамя
На нижней террасе Лагерного сада началось благоустройство в рамках федеральной программы «Формирование комфортной городской среды» - Администрация г.Томск Компания-подрядчик - ООО «ГОЛДЕН СТРОЙ» - приступила к демонтажу трибун. Большие экраны, которые использовались для трансляции матчей чемпионата мира по футболу - 2018, демонтированы и переданы управлению культуры Томска.
16.07.2018 Администрация г.Томск
Большие футбольные страсти близки к развязке, чемпионат мира скоро останется позади.
16.07.2018 Красное знамя
В Томске три раза в неделю на стадионе «Победа» будут проходить  бесплатные массовые тренировки по фитнесу, кроссфиту, стритворкауту и легкой атлетике, сообщают организаторы проекта «Здравый смысл».
29.06.2018 Красное знамя
Маршрут Всемирной факельной эстафеты пройдет по нашей области с 30 июня по 5 июля.
22.06.2018 Красное знамя
На нижней террасе Лагерного сада началось благоустройство в рамках федеральной программы «Формирование комфортной городской среды» - Администрация г.Томск Компания-подрядчик - ООО «ГОЛДЕН СТРОЙ» - приступила к демонтажу трибун. Большие экраны, которые использовались для трансляции матчей чемпионата мира по футболу - 2018, демонтированы и переданы управлению культуры Томска.
16.07.2018 Администрация г.Томск