Hochtemperaturbeständige Brennstoffmaterialien
Europas Energiebedarf steigt weiter an und Investitionen in die Kernenergie sind unerlässlich, um eine zuverlässige, kostengünstige und umweltfreundliche Stromquelle sicherzustellen. Im Laufe der Zeit wird der Schwerpunkt auf Brennstoffmaterialien sowie auf Strukturmaterialien für Verkleidungen gelegt. Metallbrennstoffe haben den Vorteil einer sehr viel höheren Wärmeleitfähigkeit, verglichen mit Oxidbrennstoffen, können aber aufgrund der hohen thermischen Ausdehnung ebenso hohe Temperaturen nicht überleben. Um diesem Phänomen zu begegnen, verarbeiteten Wissenschaftler des EU-finanzierten Projekts "Uralloy" (URALLOY) eine andere Phasenstruktur von Uran, die eine bessere homogene Wärmeausdehnung aufweist. In diesem Projekt wurden Uranlegieren mit einer Reihe von Übergangsmetallen wie Molybdän, Zirkonium und Tantal getestet. Hierfür wählte man einen völlig neuartigen und inhärent sicheren Ansatz: Dünnfilmsynthese durch Magnetron-Sputtern. Mithilfe dieses Verfahrens stellten die Wissenschaftler Polykristalle oder Einkristalle aus Dünnfilmproben mit vielen unterschiedlichen binären Legierungskombinationen her. Mit einer Abdeckschicht wurde die Oxidation des Films verhindert. Die Reinheit und die perfekte Ebenheit der Dünnfilmproben boten eine vereinfachte Modelloberfläche, die anschließend bei Charakterisierungstests verschiedenen Umgebungsbedingungen ausgesetzt werden kann. URALLOY untersuchte die Oxidations- und Korrosionseigenschaften von Brennstoffmaterial aus Uranlegierung vor allem während der Zwischenlagerung und unter bestimmten Entsorgungsbedingungen. Im Fall von Urans-Molybdän fungierte der relativ geringe Molybdängehalt als Stabilisierungsfaktor des einphasigen Urans bei einer hohen Temperatur. Uran-Zirkonium zeigte eine Kombination aus niedrig- und hochtemperatur Uranphasen, während Uran-Tantal bei hohen Temperaturen keine Legierung bildete. Ein wichtiges Ergebnis des Projekts ist, dass die erzeugten Proben aus Dünnfilmuranlegierung eine geringe Masse und Radioaktivität aufweisen. Dadurch wird eine spezielle Infrastruktur überflüssig und Forscher können solche Materialien besser erhalten, transportieren und untersuchen. Die Projektergebnisse werden sich als sehr nützlich für Hochtemperaturkernreaktoren erweisen, die eine der sechs Technologien von Kernreaktoren der vierten Generation darstellen.
Schlüsselbegriffe
Brennstoffmaterialien, hohe Temperaturen, Uranlegierung, Kernreaktoren, Dünnfilmsynthese
