Нет второму Чернобылю: найден новый материал для реакторов

Команда исследователей из Массачусетского технологического института разработала новое покрытие для ядерных топливных стержней, которое способно предотвратить масштабное радиационное заражение местности при катастрофах аналогичных Чернобылю и Фукусиме.

Ученые смогли найти замену сплаву циркония с оловом, так называемому циркалою, который в аварийных условиях становится причиной выработки огромного количества взрывоопасного водорода. Так, в марте 2011 года в Японии после землетрясения магнитудой 9,0 и мощного цунами, на АЭС Фукусима выключилась система охлаждения ректоров. В результате, перегретые топливные стержни, покрытые циркалоем, запустили каталитическую реакцию по расщеплению горячего водяного пара. В итоге реактор превратился в огромный генератор водорода, который смешался с воздухом и превратился в гремучий газ. Эта взрывоопасная смесь способна разрушить практически любое бетонное укрытие и выбросить в воздух радиоактивные материалы. Аналогичным образом развивалась ситуация на Чернобыльской АЭС.

Циркалой используется на 90% водоохлаждаемых ядерных реакторов, так что подобные аварии могут случиться в различных регионах нашей планеты. К сожалению, до сих пор не удавалось найти достаточно прочную и эффективную замену циркалою, который идеально подходил бы для облицовки топливных стержней, если бы не «водородная проблема».

Новое покрытие из карбида кремния может устранить главную опасность для реактора – возможность взрыва воздушно-водородной смеси в случае выхода из строя системы охлаждения

Американские ученые в настоящее время испытывают новый материал для облицовки - карбид кремния (SiC). Этот керамический материал не только хорошо противостоит воздействию тепла, пара и нейтронов, но и очень медленно реагирует с водой. Это не только снижает риск образования водорода и взрыва, но и продляет срок службы топливных стержней, что критически важно для стоимости эксплуатации АЭС.

Уже проведены высокотемпературные исследования окисления облицовки из карбида кремния. В экстремальных условиях аварии, скорость коррозии SiC в 100-1000 раз меньше, чем у циркалоя. Циркалой теряет прочность при увеличении температуры: становится на 2% менее прочным с ростом температуры на каждые 10 градусов Цельсия, а при 1300 градусов Цельсия начинает разрушаться. В свою очередь, керамическое покрытие не теряет свойств даже при температуре значительно превышающей 1500 градусов Цельсия.

Пока до широкомасштабного применения нового покрытия далеко, поскольку не закончен весь цикл испытаний: предстоит проверка на долговечность, работу в самых разных аварийных ситуациях и т.д. Кроме того, есть и техническая проблема: обычно топливные стержни на конце заглушаются металлическими дисками, которые приваривают к циркалою. Понятно, что к керамике приварить металл не получится, а значит нужно придумать способ надежно соединять различные керамические детали.