Прорывные исследования ученых кафедры №9 – проекту «Прорыв»

В рамках реализации национального проекта «Прорыв» по созданию инновационного реактора на быстрых нейтронах со свинцовым теплоносителем и государственного контракта с ГК «Росатом» сотрудниками кафедры «Физические проблемы материаловедения» выполнены исследования по поиску способов снижения взаимодействия топлива на основе нитрида урана с перспективными оболочечными материалами (ферритно-мартенситные, в том числе дисперсно-упрочненные оксидами хромистые стали) с целью дальнейшего повышения максимальной глубины выгорания и снижения коррозионного повреждения оболочек тепловыделяющих элементов (твэлов).

В результате исследований впервые были созданы образцы мононитрида урана с минимальным содержанием кислорода и углерода (менее 0,02 мас. %), а также образцы мононитрида урана, содержащие имитаторы нитрида плутония (нитрид церия) и некоторых химически-активных продуктов деления (цезия, йода и теллура).

На основе проведенных длительных диффузионных испытаний в системе «нитрид урана – сталь» и предварительной оценки состава слоя взаимодействия и скорости взаимодействия между нитридным топливом и конструкционным материалом выявлено значительное усиление взаимодействия нитрида урана со стальными оболочками при повышении содержания кислорода и химически-активных продуктов деления, в частности цезия. Установлены основные закономерности влияния кислорода и цезия на характер взаимодействия и показано, что взаимодействие оболочек с топливом связано с их окислением кислородом, содержащимся в нитриде урана, а наличием цезия приводит к его усилению.

Результаты исследований были подтверждены реакторными испытаниями, проведенными в АО ГНЦ НИИАР. Предложены пути снижения взаимодействия в системе «топливо-оболочка» для реакторов на быстрых нейтронах, что позволит значительно повысить надежность твэлов и степень выгорания топлива без нарушения герметичности.

По результатам работы подана заявка и получен патент на изобретение «Способ испытания на совместимость порошка ядерного топлива с материалом оболочки твэла».