New-generation composite metallic materials for solving problems of nuclear energy.pdf Использование полезных ископаемых, в частности углеводородов, показывает, что ядерная энергетика не имеет альтернативных топливных конкурентов. Развитие высокоэффективных и радиационно-стойких реакторов на быстрых нейтронах является актуальной темой исследования. Перспективным конструкционным материалом является сплав, который сможет обеспечить оптимальную работоспособность деталей и узлов реактора при высоких радиационных и коррозионных нагрузках. «ТВЭЛы в реакторах на быстрых нейтронах работают в условиях высокой энергонапряженности: флюенс нейтронов ~2 1027 нейтрон/м2 (Е > 0,1 МэВ), температурный интервал по высоте ТВЭЛа (370-710°С), напряжения от взаимодействия топлива с оболочкой и от газовых осколков деления, коррозионное взаимодействие с жидкометаллическим теплоносителем (снаружи оболочки), с топливом и продуктами его деления (внутри оболочки)» [1]. В качестве конструкционных материалов для реакторов на быстрых нейтронах наиболее перспективными являются сплавы на основе ванадия с титаном и хромом, которые обладают высокими значениями прочностных свойств до 800°С, низким уровнем наведенной радиоактивности и быстрым ее спадом, низким остаточным тепловыделением, высоким значением параметра термостойкости и высокой радиационной стойкостью. Однако способность ванадиевого сплава интенсивно растворять элементы внедрения кислород и азот при T > 400°С приводит к снижению механических свойств. Поэтому эксплуатация ванадиевых сплавов в реакторах без защитного покрытия невозможна. В качестве материала для защиты ванадиевых сплавов наиболее интересны хромистые ферритные нержавеющие стали типа Х17, обладающие наилучшей коррозионной стойкостью как в атмосферных условиях, так и в среде жидкометаллических теплоносителей. Разработкой и созданием нового класса высокопрочных и высокомодульных конструкционных композиционных материалов с высоким сопротивлением статическим, повторно-статическим, динамическим и радиационным нагрузкам в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» занимается коллектив Томского государственного университета под руководством д-ра физ.-мат. наук, профессора Курзиной Ирины Александровны. Новые композиты будут состоять из модифицированного сплава на основе V-Ti-Cr, закрытого с обеих сторон хромсодер-жащей сталью. Данное сочетание обеспечит материалам улучшенные физико-химические свойства, необходимые для использования при сверхвысоких параметрах эксплуатации в активной зоне ядерного реактора. В настоящее время проанализированы российские и зарубежные источники: статьи в периодических изданиях, электронные ресурсы, монографии, методическая, научно-техническая, нормативная литература, а также базы данных. На основе данного материала подготовлен аналитический обзор, где изложены проблемы разработки и создания материалов для изготовления тепловыделяющих элементов, описаны основные способы получения таких материалов. Проведены патентные исследования и подготовлен отчет. С целью изучения перспектив коммерциализации индустриальным партнером проведены маркетинговые исследования. Выбраны добавки для модифицирования ванадиевого сплава, что позволит в итоге получить композиционный материал с высоким сопротивлением статическим, повторно-статическим, динамическим и радиационным нагрузкам. Исследованы физико-химические и механические свойства ванадиевого сплава, предназначенного для дальнейшего получения образцов трехслойного материала «хромсодержащая сталь / ванадиевый сплав / хромсодержащая сталь». Разработана методика ускоренного исследования поведения сплава под воздействием облучения с использованием ускорителей тяжелых частиц и моделирования нейтронного облучения высокой интенсивности, жаропрочного радиационно- и коррозионно-стойкого композиционного материала нового класса на основе ванадиевого сплава системы V-Ti-Cr и хромсодержащей стали типа Х17. Также разработаны программа и методики исследования полученных образцов ванадиевого сплава и образцов трехслойного материала.

Скачать электронную версию публикации