Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ», Москва, Россия:

С. Н. Никитин, ведущий инженер Отраслевой научно-исследовательской лаборатории 709, эл. почта: mephi200809@yandex.ru
Б. А. Тарасов, главный специалист Института промышленных ядерных технологий, канд. техн. наук, эл. почта: Batarasov@mephi.ru
Д. П. Шорников, доцент кафедры «Физические проблемы материаловедения», канд. техн. наук, эл. почта: d.p.shornikov@mail.ru
А. С. Юрлова, инженер ЦСРБ Атомного центра, эл. почта: nasyur@mail.ru

Долгое время распространенным топливным материалом являлось металлическое ядерное топливо. В программе Generation IV reactors этот вид топлива рассматривается как перспективный для реакторов 4-го поколения, что обусловлено его уникальными физико-химическими характеристиками. Несмотря на все преимущества металлического ядерного топлива (плотность, теплопроводность), его использование ограничивают несколько факторов. Основными из них являются существенное распухание (Fuel swelling) и взаимо действие со стальной оболочкой. Решить проблему распу хания возможно за счет снижения «размазанной» плотности ядерного топлива до 75 % от теоретических значений путем уменьшения диаметра сечения топливного столба и увели чения зазора между топливом и оболочкой. Оптималь ным решением является применение пористого топлива, теоретическое значение плотности которого составляет 75 %. Проблема взаимодействия металлического топлива со стальными оболочками твэлов вызвана образованием эвтек тики между ураном и железом. Одним из альтернативных подходов представляется переход к использованию в качестве оболочек ванадиевых сплавов (V – Ti – Cr), имеющих более высокую температуру эвтектического взаимодействия с ураном. В ходе проведенного при температуре 900 ^oC в течение 11 ч экспе римента по исследованию взаимодействия сплавов V – 4Ti – 4Cr и U10Mo наблюдалась незначительная взаимная диффузия компонентов, отмечено высокое сродство ванадиевых сплавов с кислородом и азотом.

1. Abram T. A technology roadmap for generation-IV nuclear energy systems. — USDOE/GIF-002-00, 2002. — 97 p.
2. Шорников Д. П., Баранов В. Г., Никитин С. Н., Тарасов В. А. Порошковая металлургия при получении металлического ядерного топлива // Цветные металлы. 2015. № 10. С. 85–89. DOI: 10.17580/tsm.2015.10.15.
3. Nikitin S. N., Tarasov B. A., Shornikov D. P., Baranov V. G. Influence of a doping by Al stainless steel on kinetics and character of interaction with the metallic nuclear fuel // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2016. Vol. 130, No. 1. 012024.
4. Никитин С. Н., Тарасов Б. А., Шорников Д. П., Баранов В. Г. Повышение совместимости металлического ядерного топлива с конструкционными материалами различных типов // Цветные металлы. 2015. № 3. С. 36–39. DOI: 10.17580/tsm.2015.03.08.
5. Chakraborty S., Choudhuri G., Banerjee J., Agarwal R., Kumar A. Fuel clad chemical interaction of U – Mo fast reactor fuel // Journal of Nuclear Materials. 2019. Vol. 516. P. 1–10.
6. Fukumoto K., Miura S., Yamazaki M., Satou M. Effect of temperature history on the irradiation behavior of vanadium alloy irradiated with the MARICO-II rig in a fast reactor, JOYO // Nuclear Materials and Energy. 2022. Vol. 30. No. 101153.
7. Fukumoto K., Fujita K., Saito H., Sekio Y., Yamazaki M. Effect of temperature history on swelling behavior of V – Fe binary alloy irradiated in a fast reactor Joyo // Nuclear Materials and Energy. 2020. Vol. 24. No. 100760.
8. Ditenberg I. A., Smirnov I. V., Grinyaev K. V., Chernov V. M., Potapenko M. M. Microstructure and mechanical properties of V – Cr – Zr alloy with carbide and oxide strengthening // Materials Science and Engineering A. 2022. Vol. 843. No. 143159.
9. Smith J. F. Phase diagrams of binary vanadium alloys. — ASM, 1989. — 329 p.
10. Вол А. Е. Строение и свойства двойных металлических систем. Т. 2. — М. : Физматгиз, 1962. — 962 с.
11. Никулин С. А., Вотинов С. Н., Рожнов А. Б. Ванадиевые сплавы для ядерной энергетики. — М. : НИТУ МИСиС, 2014. — 206 с.
12. Muroga T., Nagasaka T., Abe K., Chernov V.M., Matsui H. et al. Vanadium alloys – Overview and recent results // Journal of Nuclear Materials. 2002. Vol. 307-311. Part 1. P. 547–554.
13. Smith D. L., Loomis В. A., Diercks D. R. Vanadium-base alloys for fusion reactor applications – A review // Journal of Nuclear Materials. 1985. Vol. 135. P. 125–140.
14. Гуров К. П., Карташкин Б. А., Угасте Ю. Э. Взаимная диффузия в многофазных металлических системах. — М. : Наука, 1981. — 350 c.
15. Kittel J. H., Ayer J. E., Beck W. N., Brodsky M. B., O’Boyle D. R. et al. Plutonium and plutonium alloys as nuclear fuel mater ials // Nuclear Engineering and Design. 1971. Vol. 15. P. 373– 440.
16. Tarasov B. A., Osintsev A. V., Savelyev M. D., Konovalov I. I. Short-term mechanical properties of Fe – Cr – Al – Si alloys // KnE Materials Science. 2018. Vol. 4, No. 1. P. 491–497.