原子炉用のナノセラミックは、放射線からより強く成長することを学びました

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ビデオ: 【実話漫画】手作りで原子炉を作った天才少年、放射能により4万人が強制退去してしまった真実とは?(マンガ動画) 2022, 12月
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Anonim
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酸化アルミニウム

研究者の国際チームは、原子力発電で使用するための有望な材料である新しいタイプの保護コーティングをテストしました。強い放射線負荷に耐えるだけでなく、照射すると耐久性も向上します。研究記事はScientificReportsに掲載され、ウィスコンシン大学マディソン校のプレスリリースで簡単に説明されました。

原子炉の運転中、コアの要素を構成する材料は、高温、腐食性媒体、および粒子の流れにさらされるため、徐々に劣化します。これは、金属の熱および放射クリープと疲労、および中性子放射の影響下での脆化と膨張に現れ、最終的には原子炉要素の寿命を大幅に短縮し、それらの破壊につながる可能性があります。この問題は、液体金属、溶融塩、超臨界水、または高温のヘリウムを冷却材として使用する新しいタイプの反応器で特に重要になり、反応器の効率を高めることができます。

保護コーティングには多くの種類があり、そのため、原子炉内部の破壊および燃料要素(燃料棒)の被覆のプロセスを遅くしたり停止したりすることが可能です。それらには次の要件が課せられます:それらは硬くて耐摩耗性があり、化学的に不活性であり、表面に良好に接着し、中性子を照射したときに長寿命の放射性核種を形成してはならず、コーティングは中性子をより強く吸収してはなりません。燃料要素または燃料アセンブリの材料。今日、そのようなコーティングは、金属窒化物、ホウ化物、炭化物、または酸化物に基づいて作られています。第4世代原子炉で使用される保護コーティングには、より厳しい要件が課せられます。このような反応器の有望なコーティングの1つは、アルミナナノセラミックコーティングです。これは、高温で強度を維持し、広範囲の攻撃的な媒体で化学的に不活性です。それらは、ナノ結晶が均一に分布しているアモルファス構造を持っています。同時に、炉心の条件に匹敵する条件下で粒子フラックスを照射した場合のそのようなコーティングの特性の変化の問題は、現時点ではほとんど研究されていない。

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ナノセラミックアルミナコーティングを施した鋼サンプルの内部構造の変化。示されているのは、堆積膜を照射する前の初期構造(a)と、摂氏600度で20 db a(原子あたりの変位)(b)、40 db a(c)、および150 db a(d)の線量を照射した後の初期構造です。 。

この研究で使用されたコーティングは、パルスレーザー蒸着法によって得られました。この方法では、レーザーパルスによってスパッタされた純アルミニウムターゲット材料が、新世代の原子炉の有望な構造材料として提案されているオーステナイト鋼製の基板上に蒸着されます。 。試験中、得られたサンプルは、温度条件とIV発電リアクターのさまざまな放射線負荷。科学者たちは、電子顕微鏡と機械的試験を使用して、このような条件下で材料がどのように動作するかを分析しました(ヤング率、硬度、および衝撃荷重に対するフィルムの耐性を測定しました)。

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酸化アルミニウムのナノセラミック薄膜の機械的特性、すなわちヤング率E(a)、硬度H(b)、および比H / E(c)に対する結晶粒形成の影響の影響。

最初の照射は、フィルムの構造をアモルファスから結晶に変化させるプロセス、すなわちナノ粒子の形成と成長を引き起こすことが判明しました。薄膜のヤング率はドーズ量の増加とともに増加し、結晶化中のヤング率に対する硬度の比率は最初に増加してから減少しますが、そのような最終値はまだ初期値よりも大きく、照射、割れることなく荷重に耐える能力。これは、コーティングが劣化することなく長期間その保護特性を示すことができることを意味します。得られた結果は、このタイプのコーティングが原子力発電で使用できることを示しており、新世代の原子炉の作成だけでなく、既存の軽水炉や、トカマクなどの熱核施設でも使用できます。

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