Ученые Национального исследовательского ядерного университета "МИФИ" изучили возможность применения изотопомодифицированного молибдена в качестве альтернативы циркониевым сплавам, из которых изготавливаются тепловыделяющие элементы, и доказали, что таким образом можно повысить безопасность ядерных реакторов. Результаты исследования опубликованы в журнале Chemical Engineering Research and Design.

Ядерная энергия принципиально отличается от других видов топлива, известных человечеству, чрезвычайной опасностью и сложностью в применении. В ядерных реакторах используется диоксид урана (UO2) в виде таблеток диаметром в несколько сантиметров, которые помещают в герметично закрытые тепловыделяющие элементы (твэлы).

Оболочки твэлов должны обладать хорошей коррозионной, эрозионной и термической стойкостью, а также не влиять на характер поглощения нейтронов в реакторе.

В настоящее время основной материал оболочек твэлов на большинстве коммерческих АЭС в России - циркониевые сплавы. У них высокая коррозионная стойкость в воде и низкое сечение захвата тепловых нейтронов (это такое свойство материала, которое характеризует вероятность взаимодействия элементарной частицы - нейтрона - с атомным ядром). Чем ниже сечение захвата, тем нейтроны меньше влияют на характеристики материала твэла.

Однако, как оказалось, у сплавов циркония есть и значительные недостатки. В частности, они активно реагируют с водой и генерируют тепло, производя водород и ускоряя деградацию покрытия топливных стержней. Это происходит в результате пароциркониевой реакции при температуре выше 700 градусов Цельсия, что чрезвычайно опасно при авариях на АЭС с водяным охлаждением. Именно это считается главной причиной взрывов на японской АЭС "Фукусима".

Ученые достаточно давно обсуждают возможность замены циркониевых сплавов тугоплавким металлом молибденом. Как и цирконий, он отличается высокой коррозионной стойкостью, но его теплопроводность выше.

Однако с молибденом также связаны определенные трудности. В частности, его применение требует увеличивать степень обогащения урана, что делает технологический процесс значительно дороже.

Решить эту проблему можно, изменив природный состав изотопов молибдена на каскаде газовых центрифуг, а именно удалив другие семь изотопов и оставив только один самый тяжелый изотоп (Мо-100), у которого сечение захвата нейтронов практически такое же, как у циркония.

Кроме того, с помощью центробежной технологии разделения изотопов можно модифицировать смесь изотопов молибдена так, что сечение захвата в совокупности будет близко или даже меньше, чем у циркония.

"Проведенное исследование позволило получить всю необходимую информацию для проектирования разделительной установки для крупномасштабного производства изотопомодифицированного молибдена на основе существующей в России технологии разделения неурановых изотопов на газовых центрифугах", - констатирует профессор кафедры молекулярной физики НИЯУ "МИФИ" Валентин Борисевич.

Ученые сравнили эффективность нескольких каскадных схем разделения изотопов молибдена при различных требованиях к сечению захвата нейтронов в получаемом продукте. Работы проводились при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований в рамках сотрудничества НИЯУ "МИФИ" с инженерно-физическим факультетом Университета Цинхуа (Пекин, КНР).

Результаты показали, что наиболее эффективная схема разделения может быть реализована с помощью либо одиночного прямоугольно-секционированного каскада (ПСК), либо двойного ПСК - это зависит от задаваемого значения сечения захвата нейтронов в получаемом изотопомодифицированном молибдене.

Похожие новости

  • 15/01/2018

    Российские ученые выяснили, как способ обработки полипропилена влияет на механические свойства конечного изделия

    ​Коллектив учёных, в том числе из Института синтетических полимерных материалов РАН и МФТИ, выяснил, как «правильность» молекул полипропилена и способ обработки влияют на механические свойства конечного изделия.
    466
  • 25/09/2018

    Команда ученых МИФИ победила в конкурсе РНФ «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых»

    ​Команда ученых из МИФИ в рамках грантового проекта, одержавшего победу в конкурсе Российского научного фонда по мероприятию "Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых" планирует достичь эффективности на квантовых точках на основе плазмонов благородных металлов.
    164
  • 23/11/2017

    Сибирские ученые модернизировали метод расчета движения жидкостей

    ​Исследователи из Сибирского федерального университета (СФУ) в сотрудничестве с коллегами из Московского государственного университета и Сибирского отделения РАН предложили использовать для гидродинамических расчетов систему из нескольких графических процессоров вместо центрального.
    512
  • 05/09/2017

    Терагерцовый лазер помог изучить нагревание кристаллов

    ​Ученые исследовали тепловые и световые искажения в кристалле при его взаимодействии с высокочастотным терагерцовым излучением. В результате было установлено, как в кристалле изменяется температура. Работа опубликована в журнале Laser Physics Letters.
    584
  • 12/05/2016

    Российские физики смоделировали акустические волны в пьезоэлектрических микроструктурах

    ​Физики из Технологического института сверхтвердых и новых углеродных материалов, Московского физико-технического института и Сибирского федерального университета смоделировали акустические волны в пьезоэлектрических микроструктурах, на основе которых можно создать компактные и высокочувствительные датчики.
    1129
  • 16/01/2018

    Российские физики обнаружили у жидких кристаллов эффект памяти

    ​Сотрудники физического факультета МГУ имени М.В.Ломоносова совместно с российскими и зарубежными коллегами обнаружили эффект памяти в жидких кристаллах под действием сильных электрических полей. Результаты исследования были опубликованы в журнале Scientific Reports.
    724
  • 13/08/2018

    Графен помог понять механизм работы литиевых аккумуляторов нового типа

    ​Сотрудники химического факультета и факультета наук о материалах МГУ имени М. В.Ломоносова  запатентовали  электрохимическую ячейку, позволяющую с помощью высокочувствительных методов анализа поверхности изучать химические процессы в материалах аккумуляторов.
    154
  • 28/09/2018

    Физики обнаружили новый механизм генерации звука в жидкой комплексной плазме

    ​Физики из МГТУ имени Н.Э. Баумана совместно с российскими и зарубежными коллегами впервые исследовали термоакустическую неустойчивость, приводящую к генерации звука в жидкой комплексной плазме. Результаты показывают, что это новая неустойчивость в комплексной плазме, и аналогичные неустойчивости могут существовать во многих открытых и химически реактивных системах.
    128
  • 15/12/2017

    Российские ученые исследовали взаимодействия одиночных импульсов

    ​Российские ученые изучили поведение одиночных импульсов волн - однократных возмущений, распространяющихся в пространстве или в среде, - при их столкновении в нелинейных средах. Результаты работы ученых из России и Швеции опубликованы в журнале Nonlinear Dynamics.
    657
  • 13/12/2017

    Российский физик нашел новый способ запустить термоядерную реакцию

    Физик из МГУ и Института прикладной математики РАН доказал, что термоядерную реакцию можно запустить, используя уже существующие ускорители плазмы и магнитные ловушки, что может ускорить создание чистых источников энергии, говорится в статье, опубликованной в журнале Plasma Physics and Controlled Fusion.
    716