Для изготовления устройства, локализующего расплав в атомных реакторах в случае ЧС, новым перспективным материалом может стать низкоуглеродистая низколегированная сталь типа 15ХМ. К такому выводу пришли ученые Университета МИСИС в результате обширного исследования.
«Ловушка расплава» в случае тяжелой запроектной аварии способна удерживать раскалённые и опасные материалы реактора неопределенно долгое время, сохраняя окружающую среду. Это крупногабаритная ёмкость диаметром до 6 м и глубиной до 12 м, толщина корпуса достигает 6 см. Корпус устройства должен выдерживать экстремальное термическое воздействие, высокие статические и ударные нагрузки. Температура кориума, то есть раскалённого лавоподобного материала, превышает несколько тысяч градусов. Согласно расчетам, корпус устройства в процессе локализации и охлаждения расплава разогревается до 1200°С, а процесс охлаждения кориума занимает
«Вопрос выбора наиболее оптимального материала для изготовления конструктивных элементов „ловушки расплава“, способного обеспечить необходимый уровень прочности, до конца не решен. Отчасти это связано с недостатком или отсутствием данных о механических свойствах низкоуглеродистых сталей в экстремальных температурно-силовых условиях. В данный момент для изготовления конструктивных элементов используются наиболее прочные низкоуглеродистые нелегированные и низколегированные стали: корпус из стали марки 22К, а направляющая плита из стали марки 09Г2С», — отметил Александр Комиссаров, к.т.н., заведующий лабораторией «Гибридные наноструктурные материалы» Университета МИСИС.
Для устранения существующих неопределенностей при подборе стали для «ловушки расплава» и повышения конкурентоспособности отечественных АЭС на мировом рынке учёные НИТУ МИСИС выполнили широкомасштабную серию испытаний, сравнивая структуру и механические свойства различных материалов. Данная работа соответствует задачам стратегического проекта университета «Материалы будущего» по программе Минобрнауки России «Приоритет 2030». Беспрецедентным для вуза стало проведение уникального эксперимента по моделированию аварийного режима работы ядерного реактора в условиях лаборатории.
«Для АЭС, особенно в зонах с повышенной сейсмической опасностью, важно сохранение таких свойств материала „ловушки“ как высокая ударная вязкость и сопротивление малоцикловой усталости после остывания кориума. По сравнению со сталями 22К и 09Г2С, у стали 15ХМ более мелкозернистая структура, она менее склонна к охрупчиванию при длительном высокотемпературном воздействии, обладает относительно высокой температуропроводностью и хорошей свариваемостью», — сказал научный руководитель исследования Сергей Никулин, д.т.н., заведующий кафедрой металловедения и физики прочности Университета МИСИС.
В настоящий момент только на российских АЭС во всех атомных энергоблоках с реакторами ВВЭР-1200 поколения 3+ есть устройство локализации расплава, чтобы минимизировать последствия в случае тяжелой аварии.
