Paliwa odporne na działanie wysokich temperatur
Zapotrzebowanie na energię w Europie ciągle wzrasta, a inwestycje w energetykę jądrową są niezbędne, by można było korzystać z tego taniego i przyjaznego środowisku źródła energii. Obecnie szczególny nacisk kładzie się na paliwa oraz materiały do budowy koszulki paliwowej. Paliwa metalowe charakteryzują się dużo wyższą przewodnością cieplną w porównaniu z paliwami tlenkowymi, ale nie są odporne na równie wysokie temperatury ze względu na swoją rozszerzalność cieplną. Aby przezwyciężyć to ograniczenie, w ramach finansowanego przez UE projektu "Uralloy" (URALLOY) naukowcy wzięli na warsztat inną strukturę fazową uranu, która cechuje się bardziej jednorodną rozszerzalnością cieplną. W projekcie przetestowano stopowanie uranu z różnymi metalami przejściowymi, takimi jak molibden, cyrkon i tantal. W tym celu zastosowano nowatorską i całkowicie bezpieczną metodę: syntezę cienkich warstw przy pomocy rozpylania magnetronowego. Przy pomocy tego procesu naukowcy przygotowali polikryształy lub monokryształy próbek cienkich warstw wielu różnych podwójnych kombinacji stopów. Zastosowano warstwę wierzchnią, która zapobiega utlenianiu materiału warstwowego. Czystość i idealna płaskość próbek cienkich warstw pozwoliły na uzyskanie uproszczonej powierzchni modelowej, którą można następnie wystawić na działanie różnych warunków środowiskowych podczas testów. Uczeni zbadali właściwości dotyczące utleniania i korozji paliw ze stopu uranu, szczególnie podczas tymczasowego przechowywania oraz w określonych warunkach w zakresie składowania odpadów. W przypadku systemu uranowo- molibdenowego, stosunkowo niska zawartość molibdenu pełniła rolę czynnika stabilizacyjnego jednofazowego uranu w wysokiej temperaturze. Jeśli chodzi o system uranowo-cyrkonowy, uzyskano w nim mieszaninę nisko- i wysokotemperaturowych faz uranu, podczas gdy system uranowo-tantalowy nie tworzył stopu w wysokich temperaturach. Ważnym odkryciem jest to, że otrzymane w projekcie cienkowarstwowe próbki stopów uranu mają małą masę i niską radioaktywność. Oznacza to brak konieczności korzystania ze specjalnej infrastruktury, co zwiększa dostępność takich materiałów i ułatwia badaczom ich transportowanie i przeprowadzanie na nich doświadczeń. Omawiany projekt wniesie istotny wkład w budowę wysokotemperaturowego reaktora jądrowego, który jest jedną z sześciu technologii reaktorów IV generacji.
Słowa kluczowe
Paliwa, wysokie temperatury, stop uranu, reaktory jądrowe, synteza cienkich warstw
