Одной из актуальных задач атомной энергетики является повышение ресурса оборудования АЭС по сроку службы с 4-5 лет до 18-20 лет. При этом многие организации работают над увеличением срока действия топливных элементов, но необходимо также создание органов регулирования нового поколения с компактными радиационностойкими поглощающими сердечниками, обладающими высокой физической эффективностью.
В настоящее время реакторы водно-водяного типа работают на тепловых нейтронах, где мощность регулируется движением нейтронопоглощающих элементов, в качестве материала для которых используется карбид бора. Однако ядерно-физические свойства бора таковы, что его хватает на 4-5 лет эксплуатации, после чего приходится заменять содержащие его стержни регулирования мощности, а для этого останавливать АЭС.
Необходимость увеличения ресурса ректоров новых АЭС стимулирует поиск новых эффективных нейтронопоглощающих веществ, к которым предъявляют очень большие требования. К таким требованиям относятся:
- высокая эффективность поглощения нейтронов в процессе эксплуатации;
- высокая радиационная стойкость;
- совместимость с конструкционными материалами до температуры 800оС;
- коррозионная стойкость
- и, самое главное - длительный ресурс эксплуатации (до 20 лет).
Одним из самых перспективных нейтронопоглощающих материалов для использования в поглощающих элементах систем управления защиты является гафнат диспрозия, который соответствует всем заявленным условиям (исследования в этой области провели сотрудники АО «ГНЦ НИИАР»). Несмотря на то, что диспрозий является довольно дорогостоящим редкоземельным элементом, в перспективе он более выгоден, чем бор. Это связано с тем, что при поглощении нейтронов из него образуются новые нейтронопоглощающие изотопы. Гафний тоже поглощает нейтроны, а с диспрозием он образует плотный керамический материал – гафнат диспрозия, сохраняющий свои свойства при высоких температурах и больших механических нагрузках.
Однако обычный крупнокристаллический порошок гафната диспрозия плохо компактируется, занимает большой объем и с ним неудобно работать в активной зоне реактора. Коллектив ученых отраслевой лаборатории НИЯУ МИФИ под руководством профессора В.Ф.Петрунина предложил для решения проблемы использовать этот материал в наноструктурном состоянии. Необходимо было разработать способ получения нанопорошка гафната диспрозия и способ его компактирования.
Для синтеза нанокристаллических порошков гафната диспрозия был выбран двухстадийный химический способ, основанный на получении гидроксидов или оксигидроксидов соответствующих металлов с последующим прокаливанием прекурсоров до получения оксидов.
В процессе работы был разработан технологический процесс получения однофазных малоагрегированнных нанокристаллических порошков гафната диспрозия методом химического осаждения из растворов солей, изготовлены и аттестованы опытные партии порошков гафната диспрозия, имеющие размер кристаллитов не более 10нм и величину удельной поверхности не менее 10м²/г.
В качестве способа получения керамических таблеток наши специалисты использовали одноосное прессование нанокристаллических порошков с последующим изотермическим отжигом компактов. Плотность керамических таблеток получилась очень высокой – близкой к теоретической (95-98%), это уникальный результат, который в мировой практике пока не достигнут.
По итогам исследований, проведенных по госзаказу ГК «Росатом», получен патент РФ №2565712 на изобретение «Способ получения нанокристаллических порошков гафната диспрозия и керамических материалов на их основе», по которому для получения более мелких порошков и для сокращения длительности процесса получения гафната диспрозия стадию сушки и прокаливания смешанного гидроксида диспрозия и гафния проводят впервые не в муфельной печи, а под действием СВЧ-излучения.
Изобретение ученых МИФИ может быть использовано для изготовления нейтронопоглощающих материалов стержней регулирования систем управления новых типов реакторов с длительным ресурсом эксплуатации.
Комментарии
Молодцы!
Это как чешуя с хвоста русалки примерно.
Чудовищные вещества, используемые в жутких условиях и получаемые немыслимыми способами.
И с чудовищной ценой по сравнению с оксидом бора. Собственно это все, что нужно знать о новом материале, что бы понять что никогда не взлетит
Можете какое-то адекватное сравнение привести,
хотя бы "на коленке" по цене, сроку эксплуатации, стоимости остановки-замены?
а то, так получается обычное бла-бла...
Люди делали разработку явно по ТЗ(техзаданию) заказчика, явно с учетом экономического эффекта,
а вы вот так лекословно "не взлетит"= они все дураки, занимались не нужным делом
Ну гафний стоит 710 долл за кг. А диспрозий в 2 раза меньше. т.е 500 дол. за кг. плюс упаковка. Потребуется десятки тонн. Десятки миллионов долларов. По сравнению с дешевым бором.
Лихо вы всё рассчитываете из стоимости сырья.
Какая по вашему доля стоимости того бора в стоимости поглощающего стержня?
А учли вы стоимость замены стержня через N лет в связи с распуханием оксида бора? (полную, включая стоимость переработки отходов)
Написано же в статье: решается задача увеличения срока службы, задача поставлена, решение найдено.
бронежилетка из шкуры жопы дракона (слышал в Гоблиновком "переводе" Властелина колец)
а так - если все выйдет - то время работы без сервисных остановок вырастет в 4-5 раз! а это очень много.
и позволит фактически на одной заправке замедлителя проводить 20 летние кампании-циклы, а за это время подойдет время капремонта, те же вторичные парогенераторы с турбинами и насосами, я не атомщик - назвал как сам понимаю термины.
Да там всё чудовищное, в ядерной энергетике-то.
Но это ерунда, в термоядерной оно ещё раз в 10 чудовищнее.