Ученые Томского политехнического университета усовершенствовали циркониевый сплав, из которого изготавливаются оболочки тепловыделяющих элементов (ТВЭЛов) ядерных реакторов. Отчет об исследовании опубликован в журнале Applied Surface Science, популярно о нем рассказывает ТАСС.

ТВЭЛ — самая важная часть водоохлаждаемого ядерного реактора: они представляют собой стержни, внутри которых происходит деление тяжелых ядер урана или плутона с выделением тепла. Во время работы в ТВЭЛах и из воды реактора выделяется водород, который проникает и накапливается в циркониевом сплаве, который покрывает стержни. Это приводит к потере пластичности и коррозии сплава, что снижает время эксплуатации циркониевых изделий.  Для продления срока службы топливных трубок необходимо разрабатывать новые сплавы, либо искать способы модифицировать поверхностный слой имеющихся конструкционных материалов.

Ученые ТПУ предложили внедрять в циркониевый сплав ионы титана. По подсчетам ученых, поверхность сплава, модифицированная таким образом, становится в полтора раза более износостойкой. Томские исследователи разработали технологию высокодозовой имплантации при помощи высокоинтенсивных пучков ионов для совершенствования поверхности циркониевых сплавов. Глубокая имплантация титана создает прочный поверхностный слой, который обеспечит лучшую защиту сплава от окисления и разрушения во время эксплуатации, а также при авариях и транспортировке ТВЭЛов.

«Внедрение ионов титана на глубину свыше 10 микрометров (0,01 мм) увеличило твердость и износостойкость циркониевого сплава. Чтобы добиться такого глубокого легирования сплава, поток ионов генерируемый из плазмы вакуумно-дугового разряда был сфокусирован в небольшое пятно, где мы получили высокую плотность ионного тока (до 1 А/см2). Эта уникальная технология позволит модифицировать поверхности различных материалов для применения в атомной, авиационной и космической промышленности», — цитируется в сообщении пояснение одного из авторов исследования, инженера отделения экспериментальной физики ТПУ Егора Кашкарова.

По словам ученых, методика, которую они предложили, делает технологию простой и доступной для использования на производстве.

Исследование велось при поддержке гранта Российского научного фонда.