ВНИИНМ разрабатывает толерантное топливо

Создание толерантного топлива – это ответ на вызов современных требований безопасности АЭС без риска реализации пароциркониевой реакции в реакторах типа ВВЭР. Одна из концепций проекта АО «ВНИИНМ» – замена циркониевой оболочки активной зоны на сплав 42ХНМ.

Специалисты института отметили уникальность комплекса физических, механических и коррозионных свойств сплава 42ХНМ до и после облучения в реакторе БОР-60 при температуре 350 °С (реактор на быстрых нейтронах в АО «ГНЦ НИИАР», г. Димитровград). Испытания на межкристаллитное коррозионное растрескивание показали, что сплав более чем на 2–3 порядка превышает аналогичные результаты других сталей и сплавов. 

Кроме того, продемонстрирована технологическая возможность повышения исходных характеристик материала за счёт применения технологических приёмов при изготовлении оболочек твэлов.

Учёные АО «ВНИИНМ» уверены, что применение сплава 42ХНМ в качестве оболочечного материала может стать основой для разработки топлива нового поколения реакторов ВВЭР с обеспечением безопасности в связи с исключением пароциркониевой реакции.

«Такой вариант оболочки экономически выгоден, поскольку материал освоен металлургической промышленностью, имеет статус штатного для ряда реакторных установок», – прокомментировал генеральный директор АО «ВНИИНМ» Леонид Карпюк.

Специалисты института также разработали уникальный состав и метод нанесения покрытий на основе хрома на трубы-оболочки твэлов. Предварительные исследования показали увеличение стойкости покрытых образцов в 5 раз по сравнению с непокрытыми. В ходе работ способы нанесения покрытия на оболочку варьировались, но оптимальным был выбран метод высокоскоростного ионно-плазменного магнетронного распыления. В напылении используется хром с различными добавками (никель, железо, алюминий и др.), чтобы повысить механические свойства и адгезию (сцепление поверхностей разнородных твёрдых и/или жидких тел). В настоящее время ведутся исследования на образцах для выбора режимов нанесения и состава для масштабирования технологии обработки циркониевых труб для поставки в ПАО «НЗХК» уже в этом году. В Новосибирске образцы будут снаряжены ядерным топливом, после чего установлены в исследовательские реакторы PWR и ВВЭР.

Окончательный выбор технологии будет сделан после завершения реакторных и послереакторных испытаний. Начальник лаборатории Мария Леонтьева-Смирнова: «Сплав 42ХНМ используется как штатный конструкционный материал активных зон атомных ледоколов и транспортных реакторов спецназначения с ресурсом работы 30 лет. С конца 90-х годов сплав используется в качестве оболочек системы управления и защиты отечественных и зарубежных реакторов ВВЭР-1000 с гарантированным сроком службы 15 лет. За всё время эксплуатации изделия с оболочками сплава 42ХНМ не имели ни одного случая разгерметизации».