俄研發出三層「鋼—釩—鋼」合金材料 可用於核反應堆控制棒外殼

2021-02-28 機械前沿

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控制棒（Control rod）是核反應堆中用於控制核裂變速率的設備，控制棒外殼是核反應堆的關鍵功能性部件，它們與鈾燃料接觸，控制著核反應流的強度。新一代快中子核反應堆能夠重複利用廢鈾，但其主要問題在於控制棒外殼所承受的巨大負荷。

反應堆示意圖

3月19日據俄羅斯衛星通信社消息，俄羅斯國家研究型技術大學莫斯科國立鋼鐵合金學院研發出一種獨特的三層「鋼—釩—鋼」合金材料，能長久耐受高達700℃的高溫、剛性輻射性照射、機械壓力和化學影響，這種複合材料可應用在核反應堆的控制棒外殼中。

新一代反應堆中的釋熱原件外殼的最高工作溫度在550℃—700℃，液態金屬傳熱體——鈉從外面作用於它們。為了接通新一代快中子核反應堆中的核燃料循環，需要一種新結構材料，能夠確保燃料的燃燒水平比現在所能達到的水平更高。

莫斯科國立鋼鐵合金學院科研人員亞歷山德拉·巴拉諾娃介紹，她的研究團隊製造出了三明治狀的「鋼—釩—鋼」三層合金材料。特種鋼確保耐腐蝕性，而釩合金（V-4Ti-4Cr）則耐熱、抗輻射，足夠抵禦核反應堆特殊環境的影響。她說，製造類似複合材料的任務本身就很艱難，因為兩種材料的接合處應該最大限度地結為整體。

該團隊已成功製造出了整體上是三層管的控制棒外殼。試驗表明，所獲得的複合材料在工作溫度高達700℃時表現出高度的機械堅固性，研究人員計劃未來著手對三層材料的耐輻射性進行長期研究。

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