تمكن باحثون من جامعة “تومسك” التكنولوجية في روسيا من تطوير طلاء من الكروم يحسن أداء أغلفة قضبان الوقود النووي، مما يجعلها أكثر أمانا ومقاومة للتلف.
وأظهرت الاختبارات أن الطلاء يقلل الأضرار الإشعاعية بنسبة 20٪، ويخفض تراكم الهيدروجين القابل للانفجار بمقدار 1.8 مرة، حسبما أفادت وزارة التعليم والعلوم الروسية.
يذكر أن صناعة الطاقة النووية العالمية تطور بنشاط مجال الوقود “المرن”، الذي يتميز بقدرته على الحفاظ على السلامة الهيكلية في حالات الأعطال الحرجة، مثل فقدان المبرد أو خلل في نظام تبريد قلب المفاعل. وحتى في الظروف الحرجة يمكن لهذا الوقود منع حدوث تفاعل الزركونيوم مع البخار الذي يؤدي إلى تكوين خليط قابل للانفجار.
وأثبت علماء الجامعة بالتعاون مع باحثين من بيلاروس وكازاخستان فعالية استخدام الطلاء بالكروم على سبيكة الزركونيوم لتصنيع أغلفة الوقود النووي.
وتم تطبيق طبقة من الكروم بسمك 0.006-0.01 مم على عينات من سبيكة الزركونيوم E110 (وهي السبيكة الأكثر استخداما في قضبان الوقود النووي بالمفاعلات الروسية) باستخدام طريقة الرش المغناطيسي (magnetron sputtering)، ثم تعرضت العينات لظروف مشابهة لتلك الموجودة في مفاعلات المحطات النووية.
وأظهرت النتائج انخفاض منطقة التلف الإشعاعي في السبيكة المعدلة بنسبة 20٪، كما انخفض معدل تراكم الهيدروجين بمقدار 1.8 مرة. وأكد العلماء أن هذه النتائج تُظهر إمكانات واعدة لهذا المادة في تصنيع قضبان الوقود من الجيل الجديد، مما يفتح آفاقا لتطوير الطاقة النووية.
وأوضح فيكتور كودياروف الباحث المشارك والأستاذ المساعد في قسم الفيزياء التجريبية بالجامعة قائلا: “لقد تمكنا من رصد ما يحدث للمادة داخل مفاعل الماء النووي المضغوط. وأظهرت الدراسات أن طلاء الكروم بسمك 6-10 ميكرومتر يحصر تراكم الهيدروجين عند الحد الفاصل بين الكروم والزركونيوم، مما يقلل من خطر تفاعل الزركونيوم مع البخار”.
كما درس العلماء التغيرات في البنية المجهرية لسبيكة الزركونيوم المطلية بالكروم عند تعرضها للتشبع بالهيدروجين في درجات حرارة عالية وللإشعاع بأيونات الكريبتون الناتج عن انشطار اليورانيوم.
وأضاف كودياروف قائلا إن “طلاء الكروم يقلل من سمك منطقة التلف الإشعاعي بنسبة 15-20٪ عند التعرض لأيونات الكريبتون عالية الطاقة، مما يدل على زيادة مقاومة الغلاف للإشعاع. وسيصبح إدخال مثل هذه القضبان في الطاقة النووية خطوة مهمة نحو تعزيز معايير السلامة في القطاع، وسيفتح آفاق جديدة لتطويره”.
ويدرس خبراء الجامعة حاليا قدرة الطلاء بالكروم على مقاومة عمليات الأكسدة وتوفير حماية إضافية لمكونات الوقود النووي.
المصدر: نوفوستي
