Авторами представлен обзор методов повышения коррозионной стойкости твэлов тепловых и быстрых ядерных реакторов с использованием модификации поверхности и нанесения покрытий с целью повышения безопасности и эффективности эксплуатации ядерного топлива. Показаны результаты испытаний, проведённых в АО «ГНЦ РФ ТРИНИТИ», покрытий на оболочках твэлов из стали ЭП-823-Ш, рассматриваемой для использования в РУ БРЕСТ-ОД-300, и из циркониевого сплава Э110 - «локомотива» отечественной ядерной энергетики. Коррозионные испытания экспериментальных образцов оболочек твэлов с покрытиями Al, Al2O3, Cr в жидком свинце при высоком содержании кислорода и температуре 650-720 °С (для стальных оболочек) и на воздухе при температуре 1100 °С (для циркониевых оболочек) продемонстрировали практически полное подавление коррозии. Выявлены физические барьеры применимости покрытий в качестве защитных слоёв на оболочках твэлов: фреттинг-коррозия оболочек твэлов, проблема низкой жаропрочности оболочек твэлов, проблема высокого остаточного энерговыделения твэлов, отсутствие эффекта самозалечивания защитных керамических покрытий, проблема низкотемпературного радиационного охрупчивания покрытий. Предложены пути решения проблем защиты ядерных энергетических установок.
We present a review of the methods for increasing the corrosion resistance of fuel rods of thermal and fast nuclear reactors using surface modification and coating application to improve the safety and efficiency of operation of nuclear fuel. We report the results of tests carried out at the SSC RF TRINITI with coatings on fuel claddings made of EP-823 steel, considered for use in the BREST-OD-300 reactor, and of zirconium alloy E110, i.e. the “forward” of Russian commercial nuclear power energy. Corrosion tests of experimental samples of fuel claddings with Al, Al2O3, Cr coatings in liquid lead with a high oxygen content and a temperature of 650-720 °C (for steel shells) and on air at a temperature of 1100 °C (for zirconium shells) showed almost complete corrosion suppression. Physical barriers to the applicability of coatings as protective layers on fuel claddings are identified: fretting corrosion of fuel element shells, the problem of low heat resistance of fuel element shells, the problem of high residual energy release of fuel elements, the lack of self-healing of protective ceramic coatings, and the problem of low-temperature radiation embrittlement of coatings. We have proposed solutions to the problems of protecting nuclear power plants.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.