Композиты в высокотемпературных ядерных реакторах С.Т. Милейко 1, М.М. Тревгода 2, А.А. Осипов 2 1 Институт физики твёрдого тела РАН, Черноголовка Московской. - презентация

1 Композиты в высокотемпературных ядерных реакторах С.Т. Милейко 1, М.М. Тревгода 2, А.А. Осипов 2 1 Институт физики твёрдого тела РАН, Черноголовка Московской обл., Россия 2 Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского, Обнинск, Россия

2 Краткое предварительное сообщение Обсуждение достоинств и перспектив высокотемпературных ядерных реакторов с тяжёлыми металлическими теплоносителями (ТЖМТ) Роль композитных материалов в реализации проекта Хорошо бы услышать конструктивную критику

3 Краткое предварительное сообщение Обсуждение достоинств и перспектив высокотемпературных ядерных реакторов с тяжёлыми металлическими теплоносителями (ТЖМТ) Роль композитных материалов в реализации проекта Хорошо бы услышать конструктивную критику

4 Преимущества ядерных реакторов с ТЖМТ очевидны Современная атомная энергетика: кпд 20-45% Современная теплоэнергетика: кпд достигает 60% (парогаз и др.) ПОДНЯТЬ ТЕМПЕРАТУРУ до о С: повысить кпд до уровня теплоэнергетики Ряд других преимуществ (лёгкая масштабируемость, расширение энерготехнологических возможностей - производство Н 2, снижение нагрузки на экологию и др.)

5 Требования к материалам горячей зоны реактора Коррозионная стойкость в свинце Радиационная стойкость Прочность, трещиностойкость, крипостойкость

6 Коррозионная стойкость оксидов в свинце MgO BeO Y 2 O 3 SiO 2 MgAl 2 O 4 Y 3 Al 5 O 12 …. Но хрупкость!?

7 Радикальное решение - композиты

8 Пример 1: Y 3 Al 5 O 12 -Y 3 Al 5 O 12 композит

9 Монокристаллическое волокно Y 3 Al 5 O 12 в поликристаллической Y 3 Al 5 O 12 матрице: Эта комбинация обеспечивает прочность, трещиностойкость и крипостойкость при высоких температурах

10 Пример 2: Сапфировое волокно – Мо- матрица Kazmin,V.I, Mileiko,S.T., and Tvardovsky,V.V., Strength of ceramic matrix - metal fibre composites, Compos. Sci. and Technology, 38 (1990)

11 Пример 2: Оксидное волокно – Мо- матрица Kazmin,V.I, Mileiko,S.T., and Tvardovsky,V.V., Strength of ceramic matrix - metal fibre composites, Compos. Sci. and Technology, 38 (1990)

12 Пример 3: SiC-SiC У нас нет волокон SiC, в странах Запада Востока >100 т в год

13 В.А. Ивановым и Е.А. Орловой (ФЭИ) в начале 90-х годов исследовались образцы композита типа 1 (Al 2 O 3 -Al 2 O 3 ) и композита типа 2. Результаты исрытаний при температуре 1000 о С в течение 250 ч – положительные. Коррозионная стойкость композитов в свинце

14 Монокристаллические волокна

15 Метод внутренней кристаллизации

16

17 Internal Crystallisation Method далее

18 Метод внутренней кристаллизации 5. Dissolution of molybdenum

19 Метод внутренней кристаллизации (МВК) 5. Dissolution of molybdenum

20 A variety of possible compositions and microstructures of composites is determined mainly by the availability of various oxide fibres obtained by the internal crystallisation method Single crystalline – Sapphire – YAG – Mullite MgAl 2 O 4 Eutectics – Al 2 O 3 -Al 5 Y 3 O 12 (AY) – Al 2 O 3 -Er 5 Y 3 O 12 (AEr) – Al 2 O 3 -Al 5 Y 3 O 12 -ZrO 2 (AYZ) – Al 2 O 3 -AlLaO 3 (ALa) – etc.

21 МВК-волокна: форма и размеры

22 МВК-волокна: прочность и высокотемпературная ползучесть

23 Eutectic fibres (Al 2 O 3 -Y 3 Al 5 O 12 ): strength – crystallisation rate Thermal gradients and thermal stresses Nano-structured

24 Eutectic fibres (Al 2 O 3 -Y 3 Al 5 O 12 -ZrO 2 ): strength – crystallisation rate Base 1 mm

25 Сопротивление ползучести (CП) монокристаллических волокон муллита и граната YAG CП is stress to yield 1% creep strain for 100 h

26 Метод внутренней кристаллизации (МВК) 5. Dissolution of molybdenum

27 Метод внутренней кристаллизации (МВК)

28 Композиты на основе оксидов могут по коррозионным и механическим характеристикам быть основными материалами горячей зоны высокотемпературного реактора с ТЖМТ.

29 Композиты на основе оксидов: Радиационная стойкость ?

30