Pondělí, Květen 21

Rosatom přichází s novým materiálem pro jaderné palivo

Vědci z moskevské jaderné univerzity MIFI zkoumají izotopově modifikovaný molybden, který by mohl sloužit jako náhrada za slitiny zirkonia používané při výrobě kazet s jaderným palivem. Jejich materiál přinese zvýšení bezpečnosti provozu jaderných reaktorů. Výsledky jejich výzkumu byly publikovány ve vědeckém magazínu Chemical Engineering Research and Design.

Trubičky ze zirkoniové slitiny. (Zdroj: TVEL)

V jaderných reaktorech se používá oxid uraničitý v podobě tabletek o zhruba centimetrovém průměru. Tabletky jsou v podobě sloupce naskládány v trubičce, tzv. pokrytí, která je hermeticky uzavřená a nazývá se palivový proutek.

Z hlediska efektivity provozu reaktoru je nezbytné, aby materiál pokrytí měl dobrou korozní, erozní a tepelnou odolnost a také aby co nejméně pohlcoval neutrony. V drtivé většině jaderných elektráren na světě souží jako pokrytí trubičky z různých slitin zirkonia, které velmi dobře odolávají koroznímu působení vody a které mají nízký účinný průřez pro záchyt tepelných neutronů. Čím je tento účinný průřez nižší, tím méně neutronů pokrytí paliva absorbuje a tím méně se mění jeho vlastnosti.

Palivové tabletky připravené k nasunutí do palivových proutků. (Zdroj: TVEL)

Avšak ukazuje se, že zirkoniové slitiny mají své nedostatky. Mezi ně patří především to, že při vysokých teplotách (nad 700 °C) reagují s vodou, která se na nich rozkládá na vodík a kyslík. Kromě produkce vodíku, který může ve výjimečných případech explodovat (např. exploze v japonské elektrárně Fukušima) dochází také k degradaci materiálu pokrytí, které pak nemůže plnit svou funkci.

Náhradu zirkoniové slitiny hledají vědci již dlouho a jedním z nadějných kovů je žáruvzdorný molybden. Stejně jako zirkonium má velmi dobrou korozní odolnost, ale navíc i výrazně vyšší tepelnou odolnost. Přináší však jiné problémy. Jeho použití by kvůli velké míře záchytu neutronů vyžadovalo zvýšení obohacení uranu v jaderném palivu, což by proces výroby palivových kazet výrazně prodražilo.

Ukázalo se, že se tento problém dá řešit změnou izotopového složení molybdenu, který použijeme při výrobě pokrytí. Jde o stejný technologický proces jako při obohacování uranu v plynových centrifugách. Jeden z jeho izotopů, molybden 100, má účinný průřez pro záchyt tepelných neutronů srovnatelný se zirkoniem. Navíc výpočty ukazují a experimenty to potvrzují, že je možné pomocí centrifug modifikovat izotopové složení molybdenu tak, že celkový účinný průřez bude dokonce nižší než v případě zirkonia.

Palivové proutky sestavené v kazetě před nasunutím její spodní koncovky. (Zdroj: TVEL)

„Provedené výzkumné práce nám umožnily shromáždit všechny informace nezbytné pro vyprojektování linky pro průmyslovou produkci molybdenu s modifikovaným izotopovým složením, která bude využívat známou technologii používanou v Rusku k obohacování jiných látek než uranu,“ uvádí profesor z katedry molekulární fyziky MIFI Valentin Borisovič.

Vědci porovnali účinnost několika systémů s kaskádami plynových centrifug pro obohacování molybdenu s různým cílovým izotopovým složením. Výzkum probíhal za podpory Ruského fondu základního výzkumu v rámci spolupráce MIFI a čínské Tsinghua University.

Výsledky ukázaly, že nejefektivnější systém může být realizován za pomoci jednoduché nebo dvojité kaskády typu PSK. Konkrétní řešení záleží na požadovaném účinném průřezu záchytu neutronů produkovaného molybdenu.

Zdroj: RIA Novosti

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *