12.09.2019
В последние годы в связи с увеличением количества радиоактивных отходов, образующихся в результате переработки отработанного ядерного топлива, в атомной энергетике остро встала проблема модернизации контейнеров для транспортировки и хранения отходов. Защитное покрытие емкостей должно ослаблять поток гамма- и нейтронного излучений, при этом выдерживать высокие температуры и обладать высокими прочностными характеристиками. Атомной промышленности необходимы материалы, которые соединяли бы в себе лучшие свойства металлов и самых тугоплавких соединений – оксидов, карбидов, боридов.
Над этой задачей работают специалисты ИХТТМ СО РАН и ИЯФ СО РАН. В их арсенале – аддитивные технологии и специализированный источник электронного пучка.
Материал защитного покрытия должен ослаблять поток альфа-, бета-, гамма- и нейтронного излучений. Для этой цели хорошо подходят бориды тяжелых металлов, например, вольфрама – рассказывает научный сотрудник ИХТТМ СО РАН, кандидат химических наук Алексей Анчаров. – Атомы металла поглощают альфа-, бета- и гамма-излучения, а атомы бора – нейтроны. Кроме этих свойств, бориды обладают высокой температурой плавления и высокой твердостью. Задача нашего исследования состояла в том, чтобы научиться комбинировать необходимые свойства в одном материале. Аддитивные технологии здесь очень подходят – они позволяют наращивать слои материалов с различными концентрациями или добавлять новые слои с другими компонентами и обеспечивать градиент физико-химических характеристик по толщине образца.
Для предварительной подготовки образцов специалисты использовали метод механоактивации. В шаровой мельнице – специальном устройстве для смешивания и измельчения твердых веществ до микроразмеров – вольфрам и нитрид бора «вбиваются» друг в друга. Под электронным микроскопом получившийся механокомпозит выглядит как слоеный пирог. Далее его исследуют в Сибирском центре синхротронного и терагерцового излучения ИЯФ СО РАН на экспериментальной станции «Дифрактометрия в жестком рентгеновском диапазоне» при помощи синхротронного излучения, генерируемого ускорителем ВЭПП-3. Третий, завершающий, этап приготовления – нагревание смеси и запуск химических реакций направленным пучком электронов на специализированном источнике электронного пучка в ИЯФ СО РАН.
Специалисты отметили, что им удалось достаточно просто и с малыми энергозатратами получить композиты из разных боридов, управлять процессом синтеза. В будущем, меняя соотношение состава (стехиометрию), можно регулировать ослабление того или иного вида излучения. Композиционные материалы, где в составе больше вольфрама, будут лучше поглощать гамма-излучение, где больше бора – нейтронное излучение.
Фото: пресс-служба ИЯФ СО РАН
Алексей Анчаров отметил также, что разрабатываемая технология позволит делать как большие, так и маленькие детали, причем любой формы. Более того, если оборудовать электронную пушку специальным соплом, из которого выдувается порошок, то попадая в зону нагрева, он будет наплавляться на поверхность. Технология наплавления схожа с принципом работы краскопульта: защитный слой просто напыляется на уже существующее изделие, например, стенки контейнеров для перевозки и хранения радиоактивных отходов.
Нет комментариев