Giảm thiểu rủi ro. Nga phát triển giải pháp mới bảo vệ lò phản ứng của nhà máy điện nguyên tử
09:46 25.10.2022 (Đã cập nhật: 15:09 25.10.2022)
© Sputnik / Alexander Kryazhev
/ Đăng ký
Lớp phủ crom siêu đậm đặc được sản xuất bằng công nghệ mới do các nhà khoa học từ Đại học Bách khoa Tomsk (TPU) phát triển, sẽ giúp giảm thiểu nguy cơ cháy nổ, tránh ăn mòn vật liệu lõi lò phản ứng hạt nhân trong trường hợp xảy ra tai nạn và tăng tuổi thọ các bộ phận trong kết cấu nhà máy ĐHN.
Thông tin do dịch vụ báo chí của đại học TPU công bố. Kết quả nghiên cứu được công bố trên tạp chí Journal of Nuclear Materials.
Theo các chuyên gia của Đại học Bách khoa Tomsk (TPU), các biện pháp để ngăn chặn cháy nổ lò phản ứng và giảm thiểu hậu quả nghiêm trọng trong trường hợp xảy ra tai nạn tại các nhà máy điện hạt nhân cần được cải thiện hơn nữa.
Tai nạn Fukushima
Vụ tai nạn năm 2011 tại nhà máy điện hạt nhân Fukushima-1 ở Nhật Bản đã cho thấy rằng, quá trình gây mất ổn định trong hoạt động của lò phản ứng sử dụng nước để làm chậm nơtron và làm mát vùng hoạt (VVER) dẫn đến sự tàn phá và làm gia tăng nguy cơ cháy nổ. Đồng thời, rất khó để ngăn chặn quá trình gây mất ổn định trong một thời gian ngắn.
Phòng vật lý của lò phản ứng hạt nhân nghiên cứu tại Trung tâm khoa học và giáo dục "Lò phản ứng hạt nhân nghiên cứu" thuộc Đại học Bách khoa Tomsk (TPU)
© Sputnik / Alexander Kryazhev
/ Các nhà khoa học chỉ rõ nguyên nhân dẫn đến thảm họa ở Nhật Bản là trận động đất và sóng thần 9 độ richter. Kết quả là nhà máy điện hạt nhân đã chấm dứt hoạt động, và ô nhiễm phóng xạ lan xa đến một nghìn km.
Hóa ra, vụ nổ trong tổ máy điện là điểm không trở lại, là nguyên nhân dẫn đến việc nhà máy điện hạt nhân không thể khôi phục được. Vụ nổ đã xảy ra do việc hydro được tạo ra từ phản ứng giữa zirconi - chất tạo nên vỏ nhiên liệu của lò phản ứng - và hơi nước trong quá trình làm nóng chất làm mát (phản ứng hơi nước-zirconi).
Ngày nay, hợp kim zirconi là vật liệu chính trong cấu trúc của lõi VVER, đây là một trong những công nghệ phổ biến nhất trong các nhà máy ĐHN trên thế giới.
"Trong những vụ tai nạn như vậy, nước bên trong lò phản ứng (chất làm mát) biến thành hơi nước và các hợp kim zirconium bắt đầu oxy hóa rất nhanh chóng. Hydro được giải phóng, và vụ nổ có thể xảy ra do tương tác giữa hydro với oxy. Nếu nhiệt độ lò phản ứng lên tới 860 độ C, thì rất khó để ngăn chặn sự tăng lên của nhiệt độ. Lớp phủ crom đặc biệt với cấu trúc cực kỳ dày đặc sẽ giúp ngăn chặn phản ứng zirconium-hơi nước", - Egor Kashkarov, người đứng đầu Phòng thí nghiệm Vật liệu tiên tiến và An toàn của Hệ thống năng lượng hydro thuộc đại học TPU cho biết.
Ánh sáng màu xanh lục phát ra từ các hạt mang điện tích tại vùng hoạt của lò phản ứng hạt nhân nghiên cứu tại Trung tâm khoa học và giáo dục "Lò phản ứng hạt nhân nghiên cứu" thuộc Đại học Bách khoa Tomsk (TPU)
© Sputnik / Alexander Kryazhev
/ Các nhà khoa học đã mô hình hóa cơ chế tương tác của hơi nước, không khí và hydro với hợp kim zirconium và kim loại mối hàn của lớp phủ bảo vệ trong điều kiện tai nạn nghiêm trọng. Nhà nghiên cứu Egor Kashkarov cho biết, hóa ra, lớp crom đóng vai trò rào cản giữa hợp kim zirconium và môi trường ăn mòn. Các đặc tính bảo vệ có thể làm tăng đáng kể thời gian phản ứng khẩn cấp trong trường hợp xảy ra tai nạn.
Nhà nghiên cứu lưu ý rằng, quá trình phát triển vỏ bảo vệ với lớp phủ crôm đã bắt đầu dưới thời Liên Xô, nhưng, bây giờ các nhà khoa học Pháp có kết quả đáng hứa hẹn nhất.
Các nhà khoa học đã tạo ra giải pháp kỹ thuật mới
Các chuyên gia của đại học TPU đã tạo ra giải pháp kỹ thuật mới để áp dụng các lớp phủ với khả năng điều chỉnh các đặc tính và tốc độ tạo ra chúng. Kết quả là, lớp bảo vệ bằng crom cũng dày đặc như vậy. Hơn nữa, các chuyên gia TPU làm giảm tốc độ tạo ra lớp phủ từ một ngày xuống còn hai hoặc ba giờ.
"Thông thường, các chuyên gia sử dụng các nam châm có xung dòng điện cao để tạo ra các lớp phủ như vậy, điều này giúp làm tăng năng lượng của các ion trên bề mặt của hợp kim zirconi. Nhờ đó có thể tạo ra cấu trúc lớp phủ dày đặc. Chúng tôi làm tăng năng lượng bằng cách sử dụng hệ thống phún xạ magnetron với một số nút cathode đồng bộ", - chuyên gia Dmitry Sidelev, Phó Giáo sư của Trung tâm Khoa học và Giáo dục mang tên Weinberg thuộc đại học TPU cho biết.
Ông Dmitry Sidelev nhấn mạnh rằng, trường đại học TPU đã tích lũy kinh nghiệm trong việc điều chỉnh các thông số của những lớp khác nhau, ví dụ, điều này được thực hiện bằng cách sử dụng các nguồn plasma có cấu hình đặc biệt. Kinh nghiệm của TPU trong việc phát triển các hệ thống phún xạ magnetron và thiết bị công nghiệp lắng đọng kim loại để tạo ra các lớp phủ cũng giúp ích ở đây, chuyên gia Sidelev cho biết.
Theo các chuyên gia, trong hoạt động hàng ngày của các lò phản ứng, các lớp phủ như vậy có thể làm chậm quá trình oxy hóa zirconium. Lớp phủ như vậy cũng ngăn cản sự hấp thụ hydro của hợp kim do sự phân hủy của nước dưới ảnh hưởng của bức xạ. Trong trường hợp này, vỏ sẽ giữ nguyên trong một thời gian dài hơn.
