В Мичиганском университете успешно смоделировали ядерную теневую коррозию

Более полувека ученые пытаются решить проблему теневой коррозии, присущую реакторам с кипящей водой (BWR), которые составляют треть ядерных энергетических установок Соединенных Штатов Америки. И вот наконец ученые Мичиганского университета в лабораторных условиях смогли симитировать процесс, возникающий на поверхностях топливных каналов возле стальной стержневой системы управления и защиты (СУЗ).

Теневая коррозия влияет на топливные стержни и топливные каналы из циркониевого сплава, создавая изображения близлежащих деталей на их поверхности. Это даже может привести к образованию отверстий и деформировать каналы между тепловыделяющими сборками, потенциально препятствуя регулировке мощности реактора.

Фото: https://phys.org/news/2021-12-nuclear-shadow-corrosion-lab-paving.html

«До сих пор теневая коррозия никогда не воспроизводилась в лабораторных экспериментах в автоклаве, потому что требовался одновременный эффект облучения. Эксперимент Мичиганского университета смоделировал реальную ситуацию», – отмечает представитель General Electric Рауль Ребак.

Ионные пучки позволяют испытывать ядерные материалы примерно в тысячу раз быстрее и тысячную часть стоимости по сравнению с исследовательскими реакторами. Пучки ионов продуцируют более интенсивное излучение, ускоряя старение ядерных материалов. Однако большинство ионно-лучевых лабораторий не способны воспроизвести все необходимые для теневой коррозии условия.

Для достижения этой цели в Мичиганской лаборатории ионных пучков была разработана специальная высокотемпературная водная ячейка под высоким давлением, воспроизводящая среду активной зоны реактора.

Контакт между топливными стержнями из циркония и никелевым сплавом опорной конструкции создает напряжение, вызывающее реакцию коррозии. Но для завершения цепи требуется излучение, расщепляющее молекулы воды, производя более реактивные вещества, такие как перекись водорода. Они образуются на поверхности никелевого сплава, затем диффундируют к поверхности циркониевого сплава, ускоряя его коррозию.

«Этот эксперимент позволит изучить проблему в совершенстве, чтобы понять процессы, а затем разрабатывать решения для их устранения», – подчеркнул Гарри Вас, директор лаборатории ядерной инженерии.

По информации phys.org