Físicos da Tomsk Polytechnic University estão criando revestimentos de proteção à base de nitreto de titânio para conchas de elementos de combustível (barras de combustível) de reatores nucleares. Essas cápsulas podem reduzir significativamente a hidrogenação de recipientes contendo combustível nuclear, estender sua vida útil e evitar explosões de reatores, como o desastre de Fukushima.

"Em reatores, o combustível nuclear é colocado em 'tubos' especiais feitos de ligas de zircônio, formando barras de combustível. Nas barras de combustível, uma reação nuclear ocorre. Como resultado da radiólise do refrigerante de água, e também como resultado da interação de água e zircônio sob altas temperaturas, o hidrogênio é liberado. O hidrogênio é capaz de se acumular nas cápsulas das barras de combustível, causando degradação de suas propriedades mecânicas e eventual destruição, "diz um dos desenvolvedores, um assistente no Departamento de Física Geral Egor Kashkarov.

De acordo com o jovem cientista, o perigo apresentado pela interação de zircônio e água é que quanto maior a temperatura do reator, mais hidrogênio é liberado. Por exemplo, na estação Fukushima-1 no Japão, inundação do equipamento de bombeamento na zona ativa fez com que o reator aquecesse acima de 1, 200 ° C, e uma reação de vapor de zircônio ocorreu rapidamente, liberando uma grande quantidade de hidrogênio. A explosão do hidrogênio acumulado resultou em um dos maiores acidentes de radiação do mundo.

A equipe científica do Departamento de Física Geral da TPU está criando revestimentos à base de nitreto de titânio para proteger as barras de combustível de zircônio do acúmulo de água e hidrogênio. "Durante os testes, nitreto de titânio se provou com alta dureza, resistência ao desgaste, resistência ao calor e inércia. Também descobrimos que ele protege bem da penetração de hidrogênio no material, o que é crítico para a energia nuclear. Os revestimentos podem reduzir a penetração de hidrogênio na liga de zircônio, "diz Egor Kashkarov.

Os revestimentos no substrato de zircônio são aplicados usando duas tecnologias - pulverização catódica de magnetron e deposição de arco a vácuo. Ambos os processos são realizados em um setup criado na própria universidade. O resultado é um revestimento de película fina - não mais do que dois mícrons de espessura.

"Uma das aplicações dos revestimentos de nitreto de titânio em elaboração são os reatores de próxima geração e reatores nucleares térmicos, onde revestimentos impermeáveis ​​ao hidrogênio são uma questão urgente. Em tais reatores futuros, as temperaturas devem aumentar até 400-450 ° C para melhorar a eficiência de queima de combustível. Consequentemente, a hidrogenação das barras de combustível será muito mais rápida. Nossos revestimentos são capazes de evitá-lo, "diz o desenvolvedor.