В России разработали сталь, которая не плавится при 600 градусах

Новый вид стали способен выдерживать температуру до 600 градусов Цельсия. Источник изображения: interestingengineering.com Когда речь заходит о ядерных реакторах, большинство людей думает о радиации и потенциальной опасности. Но инженеры-ядерщики скажут вам, что главная головная боль — это материалы. Сталь, из которой собран реактор, должна годами работать при адских температурах и под мощнейшим нейтронным облучением. И вот российские ученые создали новый вид стали , способный стабильно работать при температурах свыше 600 градусов Цельсия. И это открывает дорогу к реакторам нового поколения, которые раньше существовали только на бумаге. Зачем ядерным реакторам нужна особая сталь Современные атомные электростанции работают преимущественно на реакторах с водяным охлаждением. Температура в их активной зоне обычно не превышает 300–350 градусов — серьезный показатель, но вполне по силам традиционным маркам нержавеющей стали. Однако мир атомной энергетики стремительно меняется. Реакторы четвертого поколения , на быстрых нейтронах, с жидкометаллическим или газовым теплоносителем, обещают гораздо более высокий КПД и возможность перерабатывать ядерные отходы. Проблема в том, что рабочие температуры таких установок подскакивают до 600 градусов и выше. Для сравнения, при такой температуре алюминий уже начинает терять прочность и деформироваться, а обычная конструкционная сталь ведет себя непредсказуемо. Добавьте к этому постоянную бомбардировку быстрыми нейтронами, которая буквально «разбивает» кристаллическую решетку металла изнутри. Дело в том, что нейтронное излучение вызывает так называемое радиационное распухание — материал увеличивается в объеме, становится хрупким и в конце концов разрушается. Именно поэтому создание стали, которая выдержит и жар, и радиацию одновременно, стало одной из ключевых задач ядерного материаловедения. Как ученые решили проблему радиационного распухания Разработкой занимались специалисты из российских научных центров, связанных с атомной отраслью. Их подход оказался одновременно элегантным и технологически сложным. Вместо того чтобы просто добавлять больше хрома или никеля (классический состав жаропрочных сталей ), исследователи сфокусировались на микроструктуре сплава — на том, как именно расположены атомы внутри металла. Ключевая идея — создание особой ферритно-мартенситной структуры с добавлением специально подобранных легирующих элементов. Проще говоря, ученые «настроили» внутреннее строение стали так, чтобы она сама залечивала повреждения от нейтронного облучения. Когда быстрый нейтрон выбивает атом из его места в кристаллической решетке, образуются пустоты. Если таких пустот становится слишком много, они объединяются в поры, и материал распухает. В новом сплаве специальные наноразмерные включения играют роль «ловушек» для этих дефектов: они перехватывают вакансии раньше, чем те успевают сбиться в опасные скопления. Результаты испытаний впечатляют. Образцы нового сплава продемонстрировали в несколько раз меньшее радиационное распухание по сравнению с традиционными сталями при тех же условиях облучения. На самом деле это колоссальная разница: речь идет не о процентах, а о кратном улучшении стойкости. Какие ядерные реакторы будут работать на новой стали Новый сплав разрабатывался не абстрактно, а под конкретные проекты. В первую очередь речь идет о реакторах на быстрых нейтронах с жидкометаллическим теплоносителем — натриевым или свинцово-висмутовым. Россия здесь занимает особое положение: это единственная страна в мире, которая эксплуатирует промышленные быстрые реакторы — БН-600 и БН-800 на Белоярской АЭС. Но есть нюанс. Существующие реакторы уже работают на пределе возможностей текущих конструкционных материалов. Следующее поколение — реактор БН-1200М и перспективный реактор со свинцовым теплоносителем БРЕСТ-ОД-300 — требует качественного скачка в материаловедении. Именно для них и создается новая сталь. Что особенно важно: свинцовый теплоноситель в реакторе БРЕСТ работает при температурах около 540–600 градусов и при этом химически агрессивен к большинству известных сталей. Он буквально «разъедает» обычные сплавы. Новый материал разрабатывался с учетом этой специфики — он устойчив не только к жару и нейтронам, но и к коррозии в жидком свинце. Это означает, что реактор сможет проработать десятки лет без замены ключевых элементов, что кардинально снижает стоимость эксплуатации. Белоярская АЭС. Источник изображения: wikipedia.org Почему эта разработка важна не только для России Казалось бы, еще одна марка стали — что тут глобального? На самом деле проблема конструкционных материалов для реакторов нового поколения сдерживает ядерную энергетику по всему миру. Аналогичные исследования ведут США, Франция, Китай, Япония и Южная Корея, но готового промышленного решения до сих пор нет ни у кого. Главное понимать, что реакторы четвертого поколения — это не просто «более мощные АЭС» . Они способны работать на переработанном ядерном топливе и даже на отходах обычных реакторов. Проще говоря, то, что сейчас хранится как опасный радиоактивный мусор , может стать топливом на сотни лет вперед. Но для этого нужны реакторы, которые выдержат экстремальные условия. А реакторам нужна соответствующая сталь. Мировые запасы обогащенного урана ограничены, и переход к замкнутому топливному циклу с быстрыми реакторами — единственный способ обеспечить атомную энергетику ресурсами на тысячелетия, а не на десятилетия. Для сравнения, при использовании быстрых реакторов эффективность использования природного урана возрастает примерно в 100 раз по сравнению с нынешними тепловыми реакторами. Впрочем, весь этот потенциал останется теоретическим без материалов, способных выдержать условия работы. Читайте также: В США создали ядерное топливо, которое дает в два раза больше энергии Когда новая сталь появится в реальных реакторах Лабораторные образцы это одно, а промышленное производство — совсем другое. Путь от экспериментального сплава до готовых конструкций реактора обычно занимает от 5 до 15 лет. Необходимо провести длительные ресурсные испытания: материал должен подтвердить свои свойства не при кратковременном нагреве, а при многолетней непрерывной эксплуатации. Тем не менее Россия уже выстроила логистическую цепочку. Строительство реактора БРЕСТ-ОД-300 идет полным ходом, и новые конструкционные материалы разрабатываются синхронно с проектированием самой установки. Это означает, что первое промышленное применение нового сплава может состояться уже в конце этого десятилетия. Не забудьте подписаться на наш канал в MAX . Свежие новости про российские технологии появляются там! Атомная энергетика часто воспринимается как технология прошлого века, но именно сейчас она переживает тихую революцию. Новые материалы, новые типы теплоносителей, замкнутый топливный цикл — все это складывается в картину, где мирный атом может стать по-настоящему устойчивым и практически неисчерпаемым источником энергии. И ключ к этому будущему, как ни странно, лежит не в физике ядерных реакций, а в металлургии.
Batafsil | Подробно | Read more... Hi News