Дослідження і розробка нових матеріалів для паливних елементів ядерних реакторів, стійких до аварійних ситуацій
Анотація
В роботі показані світові наукові напрями по створенню оболонок тепловиділяючих елементів (ТВЭЛ) стійких до аварій із втратою теплоносія (АЕС Фукусіма, Японія, березень 2011 р.) для водо-охолоджуваних реакторів. Наведені основні результати досліджень отриманих в ННЦ ХФТІ, щодо створення матеріалів для оболонок ТВЕЛ стійких до аварій із втратою теплоносія. Досліджені структура та властивості розроблених вакуумно-дугових хромових покриттів, які можуть бути використані для захисту існуючих паливних оболонок із цирконієвих сплавів для легководних реакторів типу PWR та BWR. Розроблена легована кераміка на основі SiC для заміни паливних оболонок із цирконієвих сплавів. Встановлено, що введення 0,5% Cr в SiC призводить до підвищення здатності чинити опір утворенню тріщин (тріщиностійкість) на 25 – 30%. Проаналізовано вплив Cr на корозійну стійкість SiC кераміки в умовах, що імітують середу 1-го контуру реактора ВВЕР-1000. Встановлено, що введення навіть невеликої кількості Cr призводить до уповільнення корозійних процесів в SiC кераміці. З метою створення нових металевих паливних оболонок також були розроблені та досліджені сплави на основі Fe-Cr-Al з добавкою легуючих елементів (Y, Zr та Mo). Показано високі механічні властивості та стійкість отриманих сплавів щодо високотемпературного окислення.
Завантаження
Посилання
M. Holt, R.J. Campbell, and M.B. Nikitin, Fukushima Nuclear Disaster, (Congressional Research Service, 2012), pp. 12, https://fas.org/sgp/crs/nuke/R41694.pdf
S.J. Zinklea, K.A.Terrani, J.C. Gehin, L.J. Ott, and L.L. Snead, Journal of Nuclear Materials, 448, 374-379 (2014), https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2013.12.005.
B.-S. Shannon, Nuclear News, 57, 83-91 (2014), https://doi.org/10.2172/1122119.
L.J. Ott, K.R. Robb, D. Wang, Journal of Nuclear Materials, 448, 520-533 (2014), https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2013.09.052.
F. Goldner, Development Strategy for Advanced LWR Fuels with Enhanced Accident Tolerance, (US Department of Energy, 2012), pp. 15, https://pdfs.semanticscholar.org/1b46/39a7109a0b27791662c802743c4798c0b44f.pdf.
Y.-H. Koo, J.-H. Yang, J.-Y. Park, K.-S. Kim, H.-G. Kim, D.-J. Kim, Y.-I. Jung, and K.-W. Song, Nuclear technology, 186(2), 295-304 (2014), https://doi.org/10.13182/NT13-89.
B.A. Pint, K.A. Terrani, M.P. Brady, T. Cheng, and J.R. Keiser, Journal of Nuclear Materials, 440, 420-427 (2013), https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2013.05.047.
K.A. Terrani, Journal of Nuclear Materials, 501, 13-30 (2018), https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2017.12.043.
H.A. Mohd, and R. Othman, Advanced Materials Research, 402, 412-420 (2012), https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMR.402.412.
T. Amano, ECS Transactions, 25, 3-19 (2010), https://doi.org/10.1149/1.3315791.
E.J. Opila, J. Am. Ceram. Soc. 86(8), 1238-1248 (2003), https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.2003.tb03459.x.
Y. Lee, J.I. Lee, and H.C. No, NET, 49, 1031-1043 (2017), https://doi.org/10.1016/j.net.2017.03.012.
C. Tang, M. Stueber, H.J. Seifert, and M. Steinbrueck, Corros. Rev. 35, 141-165 (2017), https://doi.org/10.1515/corrrev-2017-0010.
J. Bischoff, C. Delafoy, C. Vauglin, P. Barberis, C. Roubeyrie, D, Perche, D. Duthoo, F. Schuster, J.-C. Brachet, E.W. Schweitzer, and K. Nimishakavi, Nucl. Eng. Technol. 50(2), 223-228 (2018), https://doi.org/10.1016/j.net.2017.12.004.
V.A. Belous, P.N. V'jugov, A.S. Kuprin, S.A. Leonov, G.I. Nosov, V.D. Ovcharenko, L.S. Ozhigov, et al, PAST, 84(2), 140-143 (2013), https://vant.kipt.kharkov.ua/ARTICLE/VANT_2013_2/article_2013_2_140.pdf. (in Russian)
L.S. Ozhigov, V.A. Belous, V.I. Savchenko, G.I. Nosov, V.D. Ovcharenko, G.N. Tolmachova, A.S. Kuprin, and V.S. Goltvyanitsa, PAST, 108(2), 168-172 (2017), https://vant.kipt.kharkov.ua/ARTICLE/VANT_2017_2/article_2017_2_168.pdf.
P.I. Stoev, V.A. Belous, V.N. Voevodin, A.S. Kuprin, S.A. Leonov, V.D. Ovcharenko, M.A. Tihonovskij, V.M. Horoshih, PAST, 99(5), 87-97 (2015), https://vant.kipt.kharkov.ua/ARTICLE/VANT_2015_5/article_2015_5_87r.pdf. (in Russian)
A.S. Kuprin, V.A. Belous, V.N. Voyevodin, V.V. Bryk, R.L. Vasilenko, V.D. Ovcharenko, G.N. Tolmachova, P.N. V’ygov, PAST, 89(1), 126-132 (2014), https://vant.kipt.kharkov.ua/ARTICLE/VANT_2014_1/article_2014_1_126.pdf.
А.S. Kuprin, V.А. Belous, V.N. Voyevodin, V.V. Bryk, R.L. Vasilenko, V.D. Ovcharenko, E.N. Reshetnyak, G.N. Tolmachova, and P.N. V'yugov, Journal of Nuclear Materials, 465, 400-406 (2015), https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2015.06.016.
A.S. Kuprin, V.A. Belous, V.V. Bryk, R.L. Vasilenko, V.N. Voyevodin, V.D. Ovcharenko, G.N. Tolmachova, et al, PAST, 96(2), 111-118 (2015), https://vant.kipt.kharkov.ua/ARTICLE/VANT_2015_2/article_2015_2_111.pdf.
G.D. Tolstolutskaya, I.E. Kopanetz, V.V. Ruzhytskiy, V.A. Bilous, A.S. Kuprin, V.D. Ovcharenko, R.L. Vasilenko, and S.A. Leonov, PAST, 2015, 96(2), 119-123 (2015), https://vant.kipt.kharkov.ua/ARTICLE/VANT_2015_2/article_2015_2_118.pdf.
I.E. Kopanetz, G.D. Tolstolutskaya, A.V. Nikitin, V.A. Belous, A.S. Kuprin, V.D. Ovcharenko, and R.L. Vasilenko, PAST, 99(5), 81-86 (2015), https://vant.kipt.kharkov.ua/ARTICLE/VANT_2015_5/article_2015_5_81.pdf.
A.S. Kuprin, V.A. Belous, V.N. Voyevodin, R.L. Vasilenko, V.D. Ovcharenko, G.D.Tolstolutskaya, E. Kopanets, and V. Kolodiy, Journal of Nuclear Materials, 510, 163-167 (2018), https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2018.07.063.
Y. Katoh, K. Ozawa, C. Shih, T. Nozawa, R.J. Shinavski, A. Hasegawa, and L.L. Sneada, Journal of Nuclear Materials, 448, 448-476 (2014), https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2013.06.040.
O.A. Ageev, A.E. Beljaev, N.S. Boltovec, V.S. Kiselev, R.V. Konakova, A.A. Lebedev, V.V. Milenin, et al, Карбид кремния: технология, свойства, применение [Silicon carbide: technology, properties, applications], (Kharkiv, ISMA, 2010), рp. 532, http://isp.kiev.ua/images/Institute/lab33/Statti/SiCtechnologyPropertiesApplication.pdf. (In Russian)
H.-W. Yu, P. Fitriani, S. Lee, J.-Y. Park, and D.-H. Yoon, Ceramics International, 41(6), 7890-7896 (2015), https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2015.02.127.
Y. Katoh, A. Kohyama, T. Nozawa, and M. Sato, Journal of Nuclear Materials, 329-333, 587-591 (2004), https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2004.04.157.
V. Voyevodin, S. Sayenko, K. Lobach, R. Tarasov, A. Zykova, Ye. Svitlychnyi, A. Surkov, et al, PAST, 108(2), 97-102 (2017), https://vant.kipt.kharkov.ua/ARTICLE/VANT_2017_2/article_2017_2_97.pdf.
K. Lobach, Y. Kupriiyanova, I. Kolodiy, S. Sayenko, V. Shkuropatenko, V. Voyevodin, A. Zykova, et al, Functional Materials, 25(3), 496-504 (2018), https://doi.org/10.15407/fm25.03.496.
K.V. Lobach, S.Yu. Sayenko, V.А. Shkuropatenko, V.М. Voyevodin, H.V. Zykova, V.А. Zuyok, A.О. Bykov, et al, Materials Science, 55(5), 672-682 (2020), https://doi.org/10.1007/s11003-020-00358-5.
D.O. Moskovskikh, Ph.D. Thesis, Получение субмикронного порошка карбида кремния и наноструктуированной керамики не его основе [Manufacturing of submicron silicon carbide powder and nanostructured ceramics on its basis], National University of Science and Technology MISiS, 2015. (In Russian)
S. Kondo, M. Lee, T. Hinoki, Y. Hyodo, and F. Kano, Journal of Nuclear Materials, 464, 36-42 (2015), https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2015.04.034.
V.A. Lavrenko, and Yu.G. Gogotsi, Коррозия конструкторской керамики [Corrosion of engineering ceramics], (Metallurgiya, Moscow, 1989), рp. 199. (In Russian)
S.S. Raiman, P. Doyle, C. Ang, Y. Katoh, and K.A. Terrani, Corrosion, 75(2), 217 (2019), https://doi.org/10.5006/2997.
H. Hirayama, T. Kawakubo, A. Goto, and T. Kaneko, J. Am. Ceram. Soc. 72, 2049-2053 (1989), https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1989.tb06029.x.
E.J. Opila, N.S. Jacobson, D.L. Myers, E.H. Copland, The Journal of The Minerals, Metals & Materials Society, (TMS). 58(1), 22-28 (2006), https://doi.org/10.1007/s11837-006-0063-3.
Z. Duan, H. Yang, Y. Satoh, K. Murakami, S. Kano, Z. Zhao, J. Shen, and H. Abe, Nuclear Engineering and Design, 316, 131-150 (2017), https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2017.02.031.
K.A. Terrani, B.A. Pint, Y.-J. Kim , K.A. Unocic, Y. Yang, C.M. Silva, H.M. Meyer, and R.B. Rebak, Journal of Nuclear Materials, 479, 36-47 (2016), https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2016.06.047.
В.A. Pint, K.A. Terrani, Y. Yamamoto, and L.L. Snead, Metallurgical and Materials Transactions E, 2, 190-196 (2015), https://doi.org/10.1007/s40553-015-0056-7.
X. Wu, T. Kozlowski, and J.D. Hales, Annals of Nuclear Energy, 85, 763-775 (2015), https://doi.org/10.1016/j.anucene.2015.06.032.
K.G. Field, X. Hu, K.C. Littrell, Y. Yamamoto, and L.L. Snead, Journal of Nuclear Materials, 465, 746 – 755 (2015), https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2015.06.023.
I I.V. Kolodiy, V.A. Belous, M.A. Bortnitskaya, R.L. Vasilenko, V.N. Voyevodin, V.I. Kovalenko, A.S. Kuprin, et al, Functional materials, 27(1), 79-86 (2020), https://doi.org/10.15407/fm27.01.79.
A. Leyland, and A. Matthews, Wear, 246, 1-11 (2000), https://doi.org/10.1016/S0043-1648(00)00488-9.
J. Musil, F. Kunc, H. Zeman, and H. Polakova, Surf. Coat. Technol. 154, 304-313 (2002), https://doi.org/10.1016/S0257-8972(01)01714-5.
Авторське право (c) 2020 К.В. Лобач, О.С. Купрін, С.Ю. Саєнко, В.М. Воєводін, І.В. Колодій
Цю роботу ліцензовано за Міжнародня ліцензія Creative Commons Attribution 4.0.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
