Cientistas de materiais da Universidade Nacional de Ciência e Tecnologia "MISIS" (NUST MISIS) desenvolveram um material sanduíche de aço-vanádio-aço exclusivo que é capaz de suportar temperaturas de até 700 ° C, exposição à radiação forte, estresse mecânico e exposição química por um longo período de tempo. O material pode ser usado em cascas de núcleos de reatores nucleares.

As hastes pertencem às principais unidades funcionais do reator nuclear. Eles entram em contato com o combustível de urânio e controlam a intensidade da reação nuclear. O principal problema da nova geração do reator nuclear de nêutrons rápidos, que permite a reutilização de urânio, são as cargas graves a que essas hastes estão sujeitas.

As temperaturas máximas de operação das carcaças do elemento combustível nos reatores de nova geração chegam a 550-700 ° C. Sódio, o refrigerante de metal líquido, opera fora. As cargas criadas são muito maiores do que as carcaças dos reatores existentes podem suportar.

Para fechar o ciclo do combustível nuclear em um reator de nêutrons rápido de nova geração, novos materiais estruturais que podem fornecer uma maior queima de combustível em comparação com o que é alcançado atualmente, são precisos. Esses materiais devem suportar doses de radiação prejudiciais de até 180-200 dpa (deslocamentos por átomo), em vez do máximo de 100-130 dpa, que são típicos para materiais existentes.

Em tais condições, as hastes de cascas feitas de aço simplesmente não funcionam. O objetivo dos cientistas de materiais é criar um material que seja capaz de suportar o impacto simultâneo de vários fatores em um ambiente externo superagressivo por um longo período de tempo.

"Nossa equipe desenvolveu um material de três camadas, "aço / liga de aço de vanádio". O aço resistente à corrosão ferrítico nele fornece resistência à corrosão, e a liga de vanádio (V-4Ti-4Cr) fornece resistência ao calor e resistência à radiação suficiente para suportar os efeitos de ambientes ultra-rígidos de um reator nuclear ", Aleksandra Baranova, coautor de pesquisa, aluno de pós-graduação do NUST MISIS Departamento de Ciências Metalúrgicas e Física da Força, diz.

De acordo com ela, criar tal composto não é uma tarefa fácil, uma vez que os dois materiais devem ser o mais monolíticos possível nas juntas.

“O problema foi resolvido pelo uso de deformação complexa e tratamento térmico de tarugos de três camadas, incluindo coextrusão a quente (prensagem), forjamento radial e laminação de juntas. Como resultado, uma "zona de transição" é formada na fronteira dos componentes. Os materiais se difundem uns nos outros, que fornece alta resistência de sua conexão, "Alexandra diz.

Como resultado, aço e liga de vanádio "crescem" um no outro, relatório de cientistas. A equipe de pesquisa conseguiu criar um protótipo do shell do núcleo, que é um tubo monolítico de três camadas.

Testes de laboratório mostram alta resistência mecânica do compósito em temperaturas operacionais de até 700 ° C. No futuro próximo, os cientistas planejam iniciar estudos de longo prazo do material sanduíche para resistência à radiação.