Les scientifiques des matériaux de l'Université nationale des sciences et de la technologie "MISIS" (NUST MISIS) ont développé un matériau sandwich acier-vanadium-acier unique capable de résister à des températures allant jusqu'à 700°C, exposition aux radiations dures, les contraintes mécaniques et l'exposition aux produits chimiques pendant une longue période de temps. Le matériau peut être utilisé dans les enveloppes des cœurs de réacteurs nucléaires.

Les crayons appartiennent aux unités fonctionnelles clés du réacteur nucléaire. Ils entrent en contact avec le combustible à l'uranium et contrôlent l'intensité de la réaction nucléaire. Le principal problème du réacteur nucléaire à neutrons rapides de nouvelle génération, qui permet de réutiliser l'uranium, est les charges importantes auxquelles ces tiges sont soumises.

Les températures maximales de fonctionnement des enveloppes des éléments combustibles des réacteurs de nouvelle génération atteignent 550-700°C. Sodium, le liquide de refroidissement en métal, fonctionne à l'extérieur. Les charges créées sont bien supérieures à celles que peuvent supporter les enveloppes du cœur des réacteurs existants.

Pour clore le cycle du combustible nucléaire dans un réacteur à neutrons rapides de nouvelle génération, de nouveaux matériaux de structure qui peuvent fournir une consommation de carburant plus élevée par rapport à ce qui est actuellement réalisé, sont nécessaires. Ces matériaux doivent résister à des doses de rayonnement dommageables allant jusqu'à 180-200 dpa (déplacements par atome), au lieu des 100-130 dpa maximum, typiques des matériaux existants.

Dans de telles conditions, les tiges de coque en acier ne peuvent tout simplement pas fonctionner. L'objectif des scientifiques des matériaux est de créer un matériau capable de résister à l'impact simultané de plusieurs facteurs dans un environnement externe super agressif sur une longue période de temps.

"Notre équipe a développé un matériau à trois couches, "acier/acier allié au vanadium". L'acier ferritique résistant à la corrosion qu'il contient offre une résistance à la corrosion, et l'alliage de vanadium (V-4Ti-4Cr) offre une résistance thermique et une résistance aux rayonnements suffisantes pour résister aux effets des environnements ultra-rigides d'un réacteur nucléaire", Aleksandra Baranova, co-auteur de recherche, étudiant de troisième cycle du département des sciences métallurgiques et de physique de la force NUST MISIS, dit.

D'après elle, créer un tel composite n'est pas une tâche facile, puisque les deux matériaux doivent être aussi monolithiques que possible dans les joints.

"Le problème a été résolu par l'utilisation d'une déformation complexe et d'un traitement thermique de billettes à trois couches, y compris la coextrusion à chaud (pressage), forgeage radial et roulage des joints. Par conséquent, une "zone de transition" est formée à la frontière des composants. Les matières se diffusent les unes dans les autres, qui fournit une haute résistance de leur connexion, ", dit Alexandra.

Par conséquent, l'acier et l'alliage de vanadium "croissent" l'un dans l'autre, rapportent les scientifiques. L'équipe de recherche a réussi à créer un prototype de l'enveloppe principale, qui est un tube monolithique à trois couches.

Des tests en laboratoire montrent une résistance mécanique élevée du composite à des températures de fonctionnement allant jusqu'à 700°C. Dans le futur proche, les scientifiques prévoient de commencer des études à long terme du matériau sandwich pour la résistance aux rayonnements.