Чешские ученые получили патент США за решение, в результате которого покрытие из поликристаллического алмаза защищает топливные стержни от коррозии, как при нормальной эксплуатации реактора, так и при аварийных ситуациях. Исследователи Чешского института информатики, робототехники и кибернетики Чешского технического университета (CTU CIIRC) и Института физики Академии наук Чешской Республики (FZU AV ČR) получили патент ЕС на технологию в апреле прошлого года.
«Патент США означает, что у них «теперь есть доступ к рынку самого большого количества ядерных реакторов в мире», - заявила CTU CIIRC. Все 94 ядерных реактора, находящихся в эксплуатации в США, и два строящихся, смогут использовать этот запатентованный метод защиты поверхности топливных стержней от коррозии, который продлит срок службы твэлов, как в аварийных, так и в стандартных условиях.
Решение было запатентовано в Чешской Республике в 2015 году Радеком Шкода, Яном Шкароглидом (Факультет машиностроения Чешского технического университета) и Иреной Кратохвиловой, Франтишеком Фендрихом, Энди Тейлором (Института физики ASCR).
«Решение основано на покрытии поверхности твэлов тонким слоем поликристаллического алмаза. Нанесение тонкого слоя нанокристаллов алмаза значительно снижает риск коррозии циркониевой подложки ядерного реактора», - сказала Кратохвилова.
«Антикоррозионный эффект поликристаллического алмазного покрытия специфичен: помимо ограничения прямого контакта металлической подложки с окружающей средой, углерод проникает из алмазного слоя в подложку при повышении температуры и изменяет ее физические и химические свойства, что снижает вероятность коррозии циркония и проникновения воды».
По словам CTU CIIRC, авария на атомной электростанции Фукусима-1 в Японии вдохновила их на исследование. Патент был подтвержден исследованиями и испытаниями в рамках проекта TA CR в сотрудничестве с американской компанией Westinghouse. Исследователи подали заявку на патент США в 2016 году, и в этом месяце он был подтвержден Патентным ведомством США.
Основная цель исследования заключалась в уменьшении или предотвращении высокотемпературного окисления циркония в аварийных ситуациях при температурах выше 800 градусов Цельсия. Во время такой экзотермической реакции выделяется огромное количество тепла и водород, который может взорваться; корродированные циркониевые стержни могут треснуть и выбросить радиоактивные вещества в первый контур. Выделенное тепло затрудняет охлаждение активной зоны и ускоряет дальнейшее окисление циркониевого сплава. Согласно патенту, этот тип коррозии циркониевых сплавов снижается за счет покрытия наружной поверхности ядерного топлива защитным слоем, состоящим из поликристаллического алмазного слоя.
«Дальнейшие исследования подтвердили значительный потенциал решения даже при рабочих температурах реактора, тем самым продлевая срок службы топлива, которое обычно удаляется из реактора из-за корродированной поверхности и недостаточного сгорания. Таким образом, решение значительно снижает нагрузку на окружающую среду», - сказал CTU CIIRC.