Bombardamentul intens și prelungit cu neutroni, temperaturile ridicate și presiuni mari creează un mediu extrem de ostil pentru majoritatea materialelor. Prin urmare, în lucrările de construire a reactoarelor nucleare de ultimă generație a patra, accentul principal este pe căutarea de materiale capabile să mențină parametrii mecanici înalți în condiții atât de nefavorabile. Un candidat promițător pentru astfel de materiale a fost identificat recent de o echipă de oameni de știință de la Centrul Național de Cercetare Nucleară (NCBJ) din Schwerk, condusă de prof. Łukasz Kurpaska, a declarat purtătorul de cuvânt al NCBJ, dr. Marek Pavovsky, într-o declarație trimisă miercuri PAP.

„HTR-urile sunt o componentă importantă a energiei nucleare. Pe de o parte, sunt pur și simplu sigure, deoarece designul adecvat, standardele de funcționare și selecția combustibilului asigură o posibilă creștere necontrolată a temperaturii, mai degrabă decât să conducă o reacție în lanț care va duce la autodistrugerea acestora. și dispariție.” Pe de altă parte, conform cercetătorilor NCBJ, aceste reactoare pot satisface nevoile industriei moderne, deoarece sunt capabile să furnizeze abur la o temperatură de 500 de grade Celsius sau mai mare. Și acest lucru, la rândul său, face posibilă utilizarea acestui abur ca sursă de căldură tehnologică în industria chimică și chiar pentru producerea de hidrogen.

Problema este însă găsirea de materiale capabile să îndeplinească cerințele impuse de specificul de funcționare a reactoarelor HTR.

spune Edita Wizkowska (NCBJ), prima autoare a unui articol despre deteriorarea radiațiilor în aliajele fier-nichel, care a apărut recent în prestigioasa jurnală științifică Nanoscale (https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2023/NR). /D2NR06178C).

„Materialele de acest tip au proprietăți unice, printre care limită de curgere ridicată, duritate la temperatură ridicată și rezistență foarte bună la radiații. Modificându-le compoziția chimică, proprietățile dorite pot fi ușor îmbunătățite, de exemplu pentru a crește rezistența sau ductilitatea” – adaugă cercetătorul .

Fizicienii de la Centrul Național de Cercetări Nucleare sunt interesați în primul rând de înțelegerea fenomenelor fundamentale care au loc în materialele iradiate și de determinarea compoziției chimice elementare asupra căreia pot fi efectuate cercetări ulterioare. Din acest motiv, s-au concentrat pe fabricarea doar a două metale: nichel cu fier. „Nichelul și fierul sunt ambele constituenți comuni ai aliajelor cu entropie ridicată, așa că înțelegerea mecanismelor responsabile pentru proprietățile unice ale sistemului nichel-fier ar trebui să ofere o bază solidă pentru cercetări ulterioare asupra aliajelor cu standarde mai bune”, se arată în comunicatul de presă.

Studiile raportate au folosit monocristale de nichel-fier produse la Centrul Național de Cercetare Nucleară. Pentru studiu au fost utilizate patru aliaje cu un conținut crescut de fier.

Pentru a provoca daune prin radiații comparabile cu daunele cauzate de efectul curentului de neutroni, probe de material pregătite corespunzător au fost plasate într-un implantator de ioni și supuse efectului curentului ionic.

„Prin bombardarea cu ioni în loc de neutroni, materialele modificate sunt neradioactive și pot fi analizate în siguranță în laborator. Ceea ce este foarte important, însă, este că această tehnică permite defecte ale materialelor rapide și precise. În doar câteva ore sau câteva ore, în strat se pot stabili daune prin radiații.Extrudările materialului până la o adâncime micrometrică, ceea ce corespunde daunelor cauzate de-a lungul deceniilor de funcționare a reactorului”, explică MSc Ing. Wyszkowska.

Din analizele și simulările efectuate în Świerk, reiese o imagine interesantă a modificărilor aliajelor fier-nichel sub influența radiațiilor radioactive.

Cercetările au arătat că aliajul prezintă cea mai mare duritate, cu un adaos de 38%. Cu toate acestea, cea mai mare rezistență la formarea defectelor de radiație a fost observată în aliajul care conține cea mai mare cantitate de fier, adică 62 la sută. Mai mult, defectele din ultimul aliaj au fost distribuite uniform în stratul ionic modificat, în timp ce în celelalte aliaje s-au grupat aproape de o anumită adâncime. „Aceasta este o caracteristică importantă, deoarece agregarea defectelor este un fenomen periculos, care poate duce la dezintegrarea materialului”, a comentat declarația.

În lumina analizelor efectuate până în prezent, un aliaj de nichel cu un conținut de 62% Fe pare a fi un candidat promițător pentru materialele de construcție pentru reactoarele nucleare de generația 4 și poate servi drept bază pentru cercetări ulterioare. Înainte de a ajunge în mâinile inginerilor, trebuie efectuate studii suplimentare ale proprietăților sale, în special la temperaturi ridicate, pe lângă mulți ani de testare într-un mediu real de funcționare a unui reactor.

„Cunoștințele dobândite de oamenii de știință NCBJ vor fi folosite astăzi, deoarece vor permite cercetări suplimentare ale aliajelor multicomponente cu parametri mecanici mai buni și rezistență mai mare la radiații”, citim în comunicat.

Lucrările asupra aliajelor NixFe1-x se desfășoară ca parte a proiectului Centrului de excelență NOMATEN, finanțat prin granturi de la Fundația Poloneză pentru Știință, Comisia Europeană și Centrul Național de Știință. (PAP)

litri / bar /