Đột phá đáng kinh ngạc của Nga: Phát minh loại thép mới 'sống sót' trong kim loại lỏng

[therealrtz]

Các nhà khoa học Nga vừa công bố một loại thép austenit chịu nhiệt hoàn toàn mới, được thiết kế riêng cho thiết bị trong các lò phản ứng neutron nhanh làm mát bằng chì, hệ thống có nhiệt độ vận hành cực cao, lên tới 500-600 độ C. Đây là bước tiến quan trọng trong nỗ lực xây dựng các lò phản ứng hạt nhân thế hệ thứ tư, nơi giới hạn vật liệu luôn là rào cản kỹ thuật lớn nhất.

Loại thép mới được phát triển trong khuôn khổ dự án “Đột phá” (Proryv), một chương trình chiến lược nhằm hiện thực hóa chu trình nhiên liệu hạt nhân khép kín dựa trên công nghệ lò neutron nhanh. Vật liệu này không chỉ chịu được môi trường nhiệt độ cao đến 600°C, mà còn kháng ăn mòn mạnh khi tiếp xúc với kim loại lỏng nặng như chì - vốn là chất làm mát trong hệ thống lò phản ứng BREST-OD-300.

Theo Sergei Logashov, Giám đốc Viện Khoa học Vật liệu thuộc CNIITMASH, quá trình thiết kế thép được thực hiện bằng mô phỏng máy tính kết hợp với dữ liệu thực nghiệm từ các hệ thống làm mát bằng kim loại lỏng.

Ông cho biết vật liệu mới “kết hợp đầy đủ khả năng chịu bức xạ, chống ăn mòn, ổn định nhiệt ở 600°C”. Quan trọng hơn, loại thép này vượt trội về độ bền lâu dài so với loại thép đang được sử dụng trong các nhà máy điện hạt nhân tiếp xúc với chất làm mát kim loại nặng.

Song song với việc phát triển vật liệu, CNIITMASH cũng thử nghiệm công nghệ hàn laser đối với cả thép austenit và thép mactenxit-ferrit. Các thử nghiệm được thực hiện trên cả mối hàn đồng nhất và mối hàn giữa hai kim loại khác nhau. Kết quả cho thấy hàn laser giúp tăng tốc độ chế tạo kết cấu kim loại so với hàn hồ quang truyền thống, đồng thời vẫn đáp ứng tiêu chuẩn kỹ thuật trong ngành. Công nghệ này tương thích với các thiết kế lò hiện có như VVER và RITM.

Dự án “Đột phá” do JSC Proryv quản lý, quy tụ nhiều viện nghiên cứu và doanh nghiệp trong ngành hạt nhân Nga, hướng tới mục tiêu ứng dụng công nghiệp chu trình nhiên liệu khép kín (CNFC). Tổ hợp hạt nhân theo kế hoạch sẽ bao gồm lò phản ứng BREST-OD-300 làm mát bằng chì, một cơ sở tái xử lý nhiên liệu nitride uranium-plutonium đã chiếu xạ, và một cơ sở chế tạo - tái chế nhiên liệu mới từ vật liệu thu hồi. Đây sẽ là mô hình trình diễn cho tính khả thi của công nghệ đóng chu trình nhiên liệu.

Cùng thời điểm, các kỹ sư thuộc tập đoàn Rosatom cũng hoàn thành việc chế tạo những bộ phận cấu trúc cho lò phản ứng khí nhiệt độ cao (HTGR) bằng vật liệu composite carbon-carbon. Những composite này được thử nghiệm ở 1.300 độ C để kiểm tra độ ổn định và có thể duy trì tính chất cơ học đến 1.600 độ C, cho thấy khả năng chịu nhiệt vượt trội. Công nghệ này hướng tới việc ứng dụng trong các trạm năng lượng công nghệ hạt nhân (AETS) sử dụng lò phản ứng helium 200 MW, với mục tiêu đạt nhiệt độ đầu ra 850 độ C để sản xuất hơi quá nhiệt ở 750 độ C.

Theo Interesting Engineering