Чистота соли оказалась решающим фактором в предотвращении коррозии нержавеющей стали в реакторах на солевом расплаве (РЖС), как утверждают исследователи из Ливерпульского университета и компании Copenhagen Atomics. Это открытие открывает путь к созданию более доступных, долговечных и масштабируемых ядерных энергетических систем нового поколения. Одновременно с этим в Нидерландах на Высокопоточном реакторе начались испытания материалов для таких установок под воздействием облучения.
Реакторы на солевом расплаве используют расплавленные фторидные соли в качестве первичного теплоносителя при низком давлении. Агрессивная высокотемпературная среда исторически вызывала быструю коррозию конструкционных материалов, что ограничивало коммерческую жизнеспособность технологии. Предыдущие решения предполагали использование дорогостоящих сплавов с высоким содержанием никеля, что значительно увеличивало затраты и усложняло производство.
В ходе исследования, опубликованного в журнале Journal of Nuclear Materials, ученые провели длительные коррозионные испытания нержавеющей стали марки 316L – широко используемого и экономически эффективного материала. Тесты проводились как в очищенных, так и в необработанных расплавленных солях при температурах до 700°C. Результаты показали, что неочищенные соли, содержащие влагу и оксиды, вызывали серьезную коррозию всего за 1000 часов. Однако в очищенных солях, из которых были удалены примеси, коррозия была незначительной даже после 3000 часов. Сталь сохранила свою целостность, а на ее поверхности образовался лишь тонкий защитный слой карбида хрома.
«Чистота соли является абсолютно центральным элементом контроля коррозии в реакторах на солевом расплаве, – заявил Молик Патель, профессор ядерных материалов Ливерпульского университета и соавтор исследования. – Эти результаты подтверждают то, на что указывали десятилетия исследований: если удалить химически активные примеси, расплавленные соли могут стать стабильной и управляемой средой для реакторных материалов. Это большой шаг вперед для всей отрасли».
Томас Стинберг, соучредитель Copenhagen Atomics, добавил: «Надеюсь, это исследование раз и навсегда положит конец “мифу о коррозии”, согласно которому РЖС нежизнеспособны. Использование инженерных решений гораздо предпочтительнее применения экзотических труднодоступных сплавов». Тем не менее, в компании отмечают, что необходимы дальнейшие исследования для оценки влияния радиации, продуктов деления и динамических реакторных условий на долговечность материалов. Copenhagen Atomics в настоящее время разрабатывает контейнерный реактор на солевом расплаве, который потребляет ядерные отходы, одновременно нарабатывая новое топливо из тория.
Параллельно с лабораторными успехами в Нидерландах компания NRG-Pallas начала новый этап исследований материалов для РЖС. На Высокопоточном реакторе в Петтене стартовали испытания на облучение, которые позволят изучить взаимодействие между солью и конструкционными материалами в условиях, максимально приближенных к реальным. Эта работа является частью исследовательской программы, реализуемой по поручению Министерства экономики и климатической политики Нидерландов.
Высокопоточный реактор – одна из немногих в мире установок, способных проводить ускоренные испытания ядерного топлива и материалов в контролируемых условиях. В будущем его заменит строящийся реактор Pallas, что обеспечит преемственность уникальных исследовательских возможностей. «Это облучение является прорывным, поскольку влияние радиации на коррозию конструкционных материалов ранее не проверялось, – сообщил Арьян Врилинг, руководитель направления ядерного облучения в NRG-Pallas. – В рамках этой программы мы также определяем, какие продукты деления выделяются из топлива. Это уникальное исследование, которое еще больше приближает нас к реализации реакторов на солевом расплаве».
