W laboratoriach Wszechrosyjskiego Instytutu Inżynierii Termicznej (VTI) zakończono kilkuletni projekt, który rosyjskie media określają mianem “fundamentalnego” dla przyszłości energetyki jądrowej. Badania dotyczyły długoterminowej wytrzymałości rur wykonanych ze specjalnego stopu EP302M-Sh – stali odpornej na korozję i wysokie temperatury, przeznaczonej do pracy w najbardziej wymagających częściach reaktorów jądrowych.
Testy trwały łącznie ponad 400 000 godzin, czyli niemal 46 lat ciągłej pracy przeliczeniowej. Każda próbka poddawana była działaniu ekstremalnych obciążeń mechanicznych i cieplnych nawet przez 25 000 godzin bez przerwy. Celem było jak najwierniejsze odwzorowanie środowiska, w którym materiał funkcjonuje w realnym reaktorze – tam, gdzie przez dekady musi znosić bombardowanie neutronami, zmienne temperatury i naprężenia.
Jak podkreślił dyrektor generalny VTI, Ivan Boltenkov, znaczenie projektu wykracza poza samo badanie:
To coś więcej niż cykl testów – to stworzenie naukowo-technicznego fundamentu pod przyszłe przełomowe projekty w energetyce jądrowej. Dane, które uzyskaliśmy, pozwolą projektować urządzenia z wysokim marginesem bezpieczeństwa i niezawodności.
Wyniki zostały już przekazane firmom projektującym nowoczesne elektrownie atomowe, gdzie staną się częścią wytycznych konstrukcyjnych dla przyszłych reaktorów.
Rosyjska superstal najlepsza na świecie?
Przeprowadzenie tak długiego testu nie było prostym zadaniem. Badacze musieli zmierzyć się z wyjątkowo trudną geometrią próbek: miniaturowe rury miały zaledwie 18 mm średnicy i 3 mm grubości ścianki. Tak niewielkie wymiary uniemożliwiały zastosowanie standardowych metod testowych.
Czytaj też: Reaktory jądrowe działały na błędnych modelach przez lata. Prawda właśnie wyszła na jaw
Inżynierowie VTI opracowali więc autorskie systemy mocowań i próbki testowe, które pozwoliły dokładnie odwzorować rzeczywiste naprężenia. Badania prowadzono w szerokim zakresie temperatur i obciążeń, aby jak najlepiej oddać ekstremalne warunki panujące we wnętrzu reaktora szybkiego neutronowego. Zdaniem zespołu, tak rozbudowany eksperyment stanowi unikatowy zbiór danych dotyczących zachowania się stali w długiej perspektywie – czego do tej pory brakowało w światowej literaturze materiałowej.
Stal EP302M-Sh ma być jednym z kluczowych materiałów konstrukcyjnych dla reaktorów czwartej generacji, które zakładają wyższą sprawność, mniejszą produkcję odpadów promieniotwórczych i dłuższą żywotność komponentów. Aby osiągnąć te cele, niezbędne są materiały zdolne do pracy w temperaturach przekraczających 600oC, przy intensywnym bombardowaniu neutronami.
Prace nad “superstalą” prowadzone są równolegle z innymi inicjatywami rosyjskiego sektora jądrowego. Niedawno dział paliwowy Rosatomu zakończył produkcję nowego zestawu kaset paliwowych OS-5 przeznaczonych dla reaktorów chłodzonych ciekłym metalem. Zawierają one tzw. paliwo SNUPP – mieszankę azotków uranu i plutonu, w której zastosowano warstwę ciekłego metalu dla lepszego przewodnictwa cieplnego.
W rosyjskiej strategii energetycznej materiały, takie jak EP302M-Sh mają kluczowe znaczenie dla utrzymania samowystarczalności technologicznej i przewagi w eksporcie reaktorów. Rosatom jest obecnie jednym z największych dostawców elektrowni jądrowych na świecie – buduje lub obsługuje bloki m.in. w Turcji, Indiach, Chinach i Egipcie.
Nowe materiały konstrukcyjne mają zwiększyć trwałość komponentów i obniżyć koszty konserwacji, co może okazać się argumentem ekonomicznym w przetargach na nowe inwestycje. Z kolei z perspektywy bezpieczeństwa, uzyskanie gwarantowanych parametrów wytrzymałościowych dla kluczowych elementów reaktora jest fundamentem certyfikacji w krajach, które rozważają zakup rosyjskiej technologii.