Новая российская суперсталь выдержит экстремальные температуры и коррозию в реакторах четвертого поколения
Российские ученые достигли значительного прогресса в разработке материалов для ядерной энергетики будущего. Специалисты создали новую жаропрочную аустенитную сталь, специально предназначенную для оборудования реакторов на быстрых нейтронах со свинцовым теплоносителем. В таких энергетических установках рабочая температура достигает экстремальных значений — от 500 до 600 градусов Цельсия.
Для сравнения, стандартные водо-водяные реакторы (типа ВВЭР) функционируют при значительно более низких температурах, которые обычно составляют от 320 до 350 градусов Цельсия. Разработка нового материала велась в рамках масштабного проекта «Прорыв», нацеленного на практическую реализацию замкнутого ядерного топливного цикла с использованием реакторов на быстрых нейтронах.
Ключевая особенность инновационной стали заключается в ее способности сохранять коррозионную стойкость и структурную стабильность при нагреве до 600 °C. Как отметил Сергей Логашов, директор Института материаловедения АО «ЦНИИТМАШ» (входит в машиностроительный дивизион Росатома), при создании материала использовалось компьютерное моделирование и обширные данные о поведении тяжелых жидкометаллических теплоносителей. По словам Логашова, полученный материал удачно сочетает в себе необходимую радиационную и коррозионную стойкость, термическую стабильность при температурах до 600 °C и, что наиболее важно, превосходит показатели длительной прочности эталонной стали, которая сейчас применяется в конструкциях атомных станций, контактирующих с тяжелым жидкометаллическим теплоносителем.
Параллельно с созданием новых сплавов в ЦНИИТМАШ успешно испытали технологию лазерной сварки для различных типов сталей, включая как аустенитные, так и мартенситно-ферритные. Эксперименты проводились на однородных и разнородных сочетаниях металлов, необходимых для производства критически важного оборудования. Данные показывают, что лазерная сварка значительно повышает скорость производства сварных конструкций по сравнению с традиционными методами дуговой сварки, при этом качество швов полностью соответствует отраслевым требованиям. Эта технология уже совместима с существующими проектами реакторов, включая ВВЭР и установки типа РИТМ.
Проект «Прорыв», курируемый одноименным АО, предполагает создание целого энергокомплекса с замкнутым ядерным топливным циклом. Центральным элементом станет энергоблок с реактором на быстрых нейтронах БРЕСТ-ОД-300 со свинцовым теплоносителем. Инфраструктура площадки также будет включать модуль по переработке облученного смешанного уран-плутониевого (нитридного) топлива и модуль для производства свежих тепловыделяющих элементов из полученных при переработке материалов. Эта экспериментальная площадка призвана на практике доказать техническую реализуемость замыкания ядерного топливного цикла.
В развитие высокотемпературных технологий инженеры машиностроительного дивизиона Росатома также изготовили и испытали конструкционные элементы для высокотемпературных газоохлаждаемых реакторов (ВТГР) из углерод-углеродных композиционных материалов. Тесты подтвердили их физическую стабильность при 1300 °C и сохранение механических свойств при температурах, достигающих 1600 °C. Данная технология предназначена для использования в составе атомных энерготехнологических станций (АЭТС). Такие станции используют реактор тепловой мощностью 200 МВт c гелиевым теплоносителем, который обеспечивает температуру на выходе до 850 °C для производства перегретого пара с температурой 750 °C.
Как подчеркивается в сообщении, совокупность этих разработок — новых высокотехнологичных материалов и сварочных технологий — создает прочную научно-техническую базу для успешной реализации проекта ядерной энергетики четвертого поколения. Достигнутые результаты свидетельствуют о движении отрасли к более эффективным энергетическим циклам и решают специфические проблемы теплового и коррозионного воздействия, связанные с использованием свинцовых и гелиевых теплоносителей в реакторах нового поколения.