Ученые САЕ «Институт «Умные материалы и технологии» ТГУ в рамках ФЦП разработали новый многослойный материал, предназначенный для производства тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ) ядерных реакторов на быстрых нейтронах.

Главные конкурентные преимущества продукта, изготовленного на основе сплава ванадия, заключаются в высокой коррозионной и радиационной стойкости одновременно с простотой изготовления и последующей обработки. Основные потенциальные потребители разрабатываемых материалов и конечной продукции – предприятия государственной корпорации «Росатом».

Реакторы на быстрых нейтронах эффективнее и безопаснее, чем реакторы на тепловых нейтронах, – поясняет директор Института «Умные материалы и технологии» Ирина Курзина. – Вместе с тем радиационные нагрузки на конструкции в них значительно выше, что приводит к необходимости использовать специальные материалы для корпуса реактора и внутриреакторных систем. Мы разработали новый композит с особыми функциональными характеристиками – повышенной жаропрочностью, высоким сопротивлением статическим, динамическим и радиационным нагрузкам.

Композитный материал представляет собой трехслойный материал – хромсодержащая сталь / ванадиевый сплав / хромсодержащая сталь (Х17Н2/V-4.9Ti-4.8Cr/ Х17Н2). Испытания радиационной стабильности показали, что воздействие ионов тяжелых металлов на этот материал не приводит к существенному изменению его фазового состава, композит является коррозионно и радиационностойким.

По словам разработчиков, использование трехслойного композита в изделиях активной зоны атомных реакторов позволит обеспечить радиационную и коррозионную стойкость конструкций при сверхвысоких параметрах эксплуатации – температуре до +700°С и дозах повреждения более 150 смещений на атом (сна) в условиях замкнутого ядерного топливного цикла. Эти характеристики сравнимы с мировыми аналогами, а по некоторым параметрам российский продукт способен и превзойти их.

Основная область применения, для которой разработан материал – это атомная энергетика, – говорит Ирина Курзина. – Более узко потребителей конечной продукции можно определить как машиностроительные предприятия атомной отрасли, выпускающие компоненты и комплектующие для атомной энергетики, а также предприятия топливного цикла, производящие и/или перерабатывающие ядерное топливо.

В ходе проекта были поданы три патента и три ноу-хау, касающиеся способа получения образцов, методики исследования коррозионных свойств и способа моделирования нейтронной деградации конструкционных материалов воздействием ионами тяжелых металлов. Проект был поддержан Минобрнауки РФ и выполнялся при его финансовой поддержке (уникальный идентификатор работ, проведенных в рамках ФЦП: RFMEFI57517X0123).