Diamanty ochrání zirkonium v jaderných reaktorech

Zirkoniové slitiny jsou v současné době zastoupeny ve všech komerčně provozovaných lehkovodních a těžkovodních jaderných reaktorech. Povrch zirkoniových slitin podléhá korozi již při běžném provozu, ale při teplotách nad 800 °C nastává nebezpečná vysokoteplotní koroze. Jedná se o silně exotermickou a vysoce kinetickou reakci, během které dochází k disociaci molekul vodní páry a následnému vzniku oxidu zirkoničitého a výbušného vodíku. Uvolní se také teplo, které dále komplikuje chlazení aktivní zóny a posiluje další průběh vysokoteplotní oxidace zirkoniové slitiny.
Ve skupině Materiálů pro nanosystémy a biorozhraní v Oddělení funkčních materiálů FZÚ jsme navrhli a aplikovali antikorozní ochranu povrchu zirkonových slitin polykrystalickou diamantovou vrstvou (PDV) nanesenou metodou depozice z plynné fáze.

Diamant má vysokou tepelnou vodivost a stabilitu, nízkou chemickou reaktivitu, nedegraduje s časem a má vhodný účinný průřez pro interakci s neutrony. Za standardních provozních podmínek jaderného reaktoru se PDV podílí na odvodu tepla a zároveň chrání povrch před nežádoucími chemickými reakcemi. Při teplotně vyvolaných změnách objemu Zr materiálů je výhodou směsný charakter ochranné uhlíkové vrstvy – kromě krystalických diamantových zrn obsahuje i pružnou amorfní uhlíkovou fázi, schopnou dobře sledovat objemové změny substrátu tak, že nedojde k porušení integrity ochranné vrstvy. Po iontové implantaci, simulující zátěž materiálu interakcí s elementárními částicemi v jaderném reaktoru, došlo k částečné grafitizaci PDV, ale diamantová krystalická fáze byla ve vrstvě stále přítomná. Po zahřátí vzorku s ochrannou PVD vrstvou v parním prostředí na teplotu 1200°C se krystalický diamant transformoval na směs převážně grafitu a amorfního uhlíku. Prvkovou analýzou jsme zjistili, že transformovaná vrstva absorbovala uvolněné atomy okolí a separovala podložku ze zirkonové slitiny od okolního prostředí tak, že se Zr slitina pod ochrannou vrstvou od základního Zr materiálu lišila atomovým složením zcela minimálně – žádoucí původní složení Zr slitiny tedy díky polykrystalické diamantové vrstvě vrstvě vydrželo i tepelně-havarijní poměry v jaderném reaktoru.

Ve spolupráci s Fakultou strojní ČVUT byly 20. 9. 2013 podány přihlášky jak vynálezu PV 2013-727 (Vrstva chránící povrch zirkoniových slitin užívaných v jaderných reaktorech; za FZÚ I. Kratochvílová, A. Taylor, F. Fendrych a M. Nesládek, za ČVUT R. Škoda a J. Škarohlíd), tak užitného vzoru PUV 2013-28502.

tisková zpráva Fyzikálního ústavu AV ČR

Objevena první obří planeta u bílého trpaslíka

Vypařování atmosféry exoplanety podobné Neptunu. Vědcům se pomocí dalekohledu ESO/VLT podařilo nalézt důkazy přítomnosti velké …

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *

Používáme soubory cookies pro přizpůsobení obsahu webu a sledování návštěvnosti. Data o používání webu sdílíme s našimi partnery pro cílení reklamy a analýzu návštěvnosti. Více informací

The cookie settings on this website are set to "allow cookies" to give you the best browsing experience possible. If you continue to use this website without changing your cookie settings or you click "Accept" below then you are consenting to this.

Close