Письмо ректору


Новости университета



25.05.2016

Как изобреталась сталь: исследования ученых МИФИ позволили создать материалы для реакторов нового поколения

Энергетическая программа России и ряда других стран, например, Китая и Индии, предусматривает строительство в XXI веке реакторов нового поколения на быстрых нейтронах (в России это реакторы серии БН-800, БН-1200 и др.). Отличительной особенностью этих установок является их экономические показатели, достигаемые путем глубокого выгорания ядерного топлива. Но здесь существует проблема: при проектировании таких реакторов требуется разработка совершенно новых, радиационно-стойких и, одновременно, жаропрочных конструкционных материалов для активной зоны реакторов.

До последнего времени разработка таких материалов, использующихся в активной зоне реакторов на быстрых нейтронах, велась в направлении создания или улучшения сталей аустенитного класса. Однако при достигнутой в настоящее время в реакторе БН-600 глубине выгорания ядерного топлива около 12 %, основная оболочечная аустенитная сталь ЧС-68 перестает удовлетворять предъявляемым требованиям, в первую очередь не удовлетворяется стойкость против радиационного распухания, которое достигает 10-15 %.

Именно поэтому в последние десятилетия во всем мире ведутся интенсивные исследования и разработки в другом направлении - создании сталей на хромистой основе, поскольку распухание таких сталей значительно меньше, чем сталей аустенитного класса. Однако исследования показали, что и хромистые стали имеют свой недостаток: у них низкая жаропрочность по сравнению с аустенитными сталями при условиях, характерных для активных зон реакторов на быстрых нейтронах.

Чтоб решить эту задачу сотрудники кафедры «Физические проблемы материаловедения» МИФИ направили свои силы на создание дисперсно-упрочненных оксидами (ДУО) жаропрочных радиационно-стойких хромистых сталей на мартенситной, ферритно-мартенситной или ферритной основах. По ожиданиям ученых, этот материал должен был дать ряд существенных преимуществ в механических и жаропрочных свойствах перед традиционно используемыми хромистыми сталями.

В ходе последующего за этим ряда научных исследований группе сотрудников в составе заведующего кафедрой профессора Б.А. Калина, профессора И.И. Чернова, доцента М.С. Стальцова и аспиранта И.А. Богачева впервые в России методом спарк-плазменного спекания удалось изготовить дисперсно-упрочненную оксидами иттрия реакторную ферритно-мартенситную сталь на базе хромистой стали ЭП-450 (12Х13М2БФР) – реакторную сталь нового поколения.

1.jpg

На фото: профессор кафедры «Физические проблемы материаловедения» МИФИ И.И. Чернов за установкой для спарк-плазменного спекания порошков LABOX-625™ (Япония)

«В процессе работы нами были оптимизированы режимы механоактивации порошка и условия его спекания (температура, давление, скорость вывода на заданную температуру, время выдержки под нагрузкой), что позволило получить компакты стали плотностью до 99 % от теоретической», – поделился результатами профессор И.И. Чернов. По словам ученого, специалистами кафедры было изучено поведение в ДУО стали гелия и водорода применительно к условиям работы материалов для первой стенки разрабатываемых термоядерных реакторов, а также реакторов на быстрых нейтронах новых поколений с глубоким выгоранием ядерного топлива.

Разработка МИФИ вызвала большой интерес в научном мире. Результаты проведенных исследований опубликованы в более чем 10 рецензируемых журналах, входящих в перечень Web of Science и Scopus. Вот только часть из них:

  1. Bogachev I., Yudin A., Grigoriev E., Chernov I., Staltsov M. Microstructure properties of EP-450 ODS steel manufactured by highvoltage discharge compaction technique. - Physics Procedia, 2015, v. 72, p. 366-369.
  2. Igor Bogachev, Artem Yudin, Evgeniy Grigoryev, Ivan Chernov, Maxim Staltsov, Oleg Khasanov, Eugene Olevsky. Microstructure investigation of 13Cr-2Mo ODS steel components obtained by high voltage electric discharge compaction technique. - Materials, 2015, v. 8, p. 7342–7353.
  3. Чернов И.И., Стальцов М.С., Богачев И.А., Калин Б.А., Олевский Е.А., Лебедева Л.Ю., Никитина А.А. Оптимизация режимов механического легирования для получения реакторной ДУО стали спарк-плазменным спеканием. – Физика и химия обработки материалов, 2015, № 3, с. 72-79.
  4. Chernov I.I., Staltsov M.S., Kalin B.A., Bogachev I.A., Burlakova M.A., Sokolova N.A., Krikun E.V., Shuvalov D.B., Skrytnyi V.I., Olevskii E.A., Ageev V.S. Effect of the initial powder and treatment on the structure of oxide dispersion-strengthened steel. - Atomic Energy, 2014, v. 116, No. 1, р. 42-47.

Эксперты, рецензирующие научные работы сотрудников кафедры №9, единодушно отмечают, что исследования ученых МИФИ представляются крайне актуальными с научной точки зрения и имеют важное народнохозяйственное значение.


Количество показов: 739

Возврат к списку


Добавить комментарий