Ученые Томского политехнического университета усовершенствовали циркониевый сплав, из которого изготавливаются оболочки тепловыделяющих элементов (ТВЭЛов) ядерных реакторов. Как сообщает информационное агентство ТАСС, для этого ученые предложили внедрять в сплав ионы титана. Поверхность сплава, модифицированная таким образом, становится в полтора раза более износостойкой. Результаты исследования опубликованы в журнале Applied Surface Science.
Фото: newsnn.ru. «По нашим оценкам, эта технология увеличила твердость и износостойкость сплава соответственно в 1,5 и 1,4 раз»,
— говорит один из авторов исследования, инженер отделения экспериментальной физики ТПУ Егор Кашкаров.
ТВЭЛ — ключевая часть водоохлаждаемого ядерного реактора: стержни, внутри которых происходит деление тяжелых ядер урана или плутония с выделением тепла. Один из подходящих материалов для изготовления этих стержней — циркониевый сплав. Во время работы в ТВЭЛах и из воды реактора выделяется водород, проникновение и накопление которого приводит к потере пластичности и коррозии сплава, что снижает время эксплуатации циркониевых изделий. Для продления срока службы топливных трубок необходимо разрабатывать новые сплавы, либо искать способы модифицировать поверхностный слой имеющихся конструкционных материалов.
Уникальная технология высокодозовой имплантации при помощи высокоинтенсивных пучков ионов для совершенствования поверхности циркониевых сплавов была разработана в Томском политехническом университете под руководством профессора Александра Рябчикова при поддержке гранта Российского научного фонда. Глубокая имплантация титана создает прочный поверхностный слой, который обеспечит лучшую защиту сплава от окисления и разрушения во время эксплуатации, а также при авариях и транспортировке ТВЭЛов.
«Внедрение ионов титана на глубину свыше 10 микрометров (0,01 мм) увеличило твердость и износостойкость циркониевого сплава. Чтобы добиться такого глубокого легирования сплава, поток ионов генерируемый из плазмы вакуумно-дугового разряда был сфокусирован в небольшое пятно, где мы получили высокую плотность ионного тока (до 1 А/см2). Эта уникальная технология позволит модифицировать поверхности различных материалов для применения в атомной, авиационной и космической промышленности», — говорит Егор Кашкаров.
По словам ученых, методика, которую они предложили, делает технологию простой и доступной для использования на производстве.