В рамках программы разработки толерантного топлива, специалисты ВНИИНМ им. академика А.А. Бочвара разработали уникальный состав, а также метод нанесения покрытий на основе хрома толщиной до 15 мкм на трубы-оболочки тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ). Предварительные исследования показали увеличение стойкости покрытых образцов в 5 раз по сравнению с непокрытыми. В ходе работ способы нанесения покрытия на оболочку варьировались, но оптимальным был выбран метод высокоскоростного ионно-плазменного магнетронного распыления. В напылении используется хром с различными добавками (никель, железо, алюминий и др.), чтобы повысить механические свойства и адгезию.

В настоящее время ведутся исследования на образцах для выбора режимов нанесения и состава для масштабирования технологии обработки циркониевых труб на длину до 500 мм для поставки в ПАО «НЗХК» уже в этом году.

В Новосибирске образцы будут начинены ядерным топливом, после чего установлены в исследовательские реакторы. В дальнейшем планируется масштабировать технологию на оболочки твэлов длиной до 4 м. Специалисты АО «ВНИИНМ» оптимизируют параметры технологии процесса напыления, а также предварительной подготовки поверхности труб-оболочек для обеспечения следующих требований: стойкость при нормальной эксплуатации в реакторе, а также при авариях с потерей теплоносителя.

Кроме того, для образцов с покрытием предусмотрен комплекс испытаний: механических, высокотемпературных, автоклавных, а также исследование физических характеристик. При отработке методики трубы из циркония установят в планетарный механизм вращения (8-16 позиционный) для повышения производительности и однородности процесса напыления. Такая опытно-промышленная технология позволит снизить стоимость единицы продукции. Окончательный выбор технологии будет сделан после окончания реакторных и послереакторных испытаний.

По словам генерального директора АО «ВНИИНМ» Леонида Карпюка, специалисты института в рамках работ по ATF исследуют и отработают технологию сварки твэльных труб, а также разработают методику неразрушающего контроля толщины покрытия на циркониевой трубе.

«Мы испытываем образцы в широком диапазоне температур. Уже исследовано несколько десятков труб-оболочек с разными покрытиями и параметрами их напыления с целью повышения свойств. Пробуются варианты напыления как из нескольких источников, так и с мозаичными мишенями. Предварительные исследования уже показали увеличение стойкости покрытых образцов в 5 раз по сравнению с непокрытыми», — подчеркнул Леонид Карпюк.

Справка:

История высокотехнологического научно-исследовательского института неорганических материалов имени академика А. А. Бочвара.

Постановлением ГКО от 8 декабря 1944 года «О мероприятиях по обеспечению развития добычи и переработки урановых руд» было принято решение создать в системе НКВД СССР научно-исследовательский институт по урану. Новому научному центру было название «Институт специальных металлов НКВД» (Инспецмет НКВД), директором института был назначен инженер-полковник НКВД В.Б. Шевченко. Инициатором создания института выступила руководитель лаборатории Гиредмета З.В. Ершова («советская мадам Кюри»), которая стала начальником лаборатории нового института и в первые два года фактически напрямую руководила работой радиохимического направления института вместе с В.Б. Шевченко.

Строительство первых корпусов института было завершено в конце 1945 года, и официальной датой начала деятельности института считается 27 декабря 1945 года. К этому времени численность института составила 60 сотрудников, в начале 1946 года институт пополнился группой сотрудников предприятий «Гиредмет» и «Завод редких элементов».

В конце 1945 года при институте была организована лаборатория Л-12 для «трофейных» немецких специалистов. Здесь работали под руководством профессора Макса Фольмера: доктора В. К. Байерль, Г. А. Рихтер и 10 советских специалистов, из них — 3 старших научных сотрудника, кандидаты наук С.М. Карпачева, А.М. Розен, Корнилов, и 7 инженеров-химиков, младших научных сотрудников. В течение 1946 года группой Фольмера была выполнена большая теоретическая и экспериментальная работа по установлению коэффициента разделения тяжелого и легкого водорода при дистилляции аммиака, затем коэффициента распределения тяжелого водорода при изотопном обмене между водой и аммиаком. Эти исследования легли в основу разработки проекта завода по производству тяжелой воды производительностью 8 тонн в год (в 1955 году установка по производству «тяжелой воды» была успешно пущена в Норильске). Впоследствии Фольмер активно работал с лабораторией З.В. Ершовой.

15 августа 1946 года руководители «Атомного проекта» предоставили Берии «Отчёт о состоянии работ по проблеме использования атомной энергии за 1945 г. и семь месяцев 1946 г.» Документ был написан для Сталина от руки в единственном экземпляре. Стало ясно, что для решения технологических проблем необходим специальный технологический научный центр. Выбор пал на Институт специальных металлов НКВД. Он сразу же был переименован в НИИ-9. Его возглавил А.А. Бочвар.

НИИ-9 вошёл в состав Специального металлургического управления НКВД, руководимого А.П. Завенягиным. Специальный отдел «В» по получению и исследованию плутония и урана в НИИ-9 возглавил Андрей Анатольевич Бочвар. В это время в НИИ-9 работали уже 1200 человек; в его состав входили 13 лабораторий и филиал в Ленинграде. Кроме того, институт имел опытное производство на Московском заводе им. П. Л. Войкова и основную производственную базу на заводе № 12 в подмосковном городе Электросталь.

25 декабря 1946 года в соседней с НИИ-9 Лаборатории № 2 был пущен первый в Европе и Азии исследовательский уран-графитовый реактор Ф-1 и осуществлена самоподдерживающаяся цепная реакция. Из Лаборатории № 2 в НИИ-9 стал поступать облучённый уран и 18 декабря 1947 года был получен первый препарат плутония.

В июне 1948 года были получены первые в СССР экземпляры («корольки») металлического плутония массой менее одного миллиграмма, а массой до 10 миллиграммов и более начали получать с 10 сентября 1948 года в металлургической лаборатории отдела «В». К концу 1948 года в НИИ-9 на миллиграммовых количествах была разработана и проверена технология получения металлического плутония из его азотнокислых растворов для промышленного производства.

Постепенно тематика работ, которыми руководил академик А.А. Бочвар, стала доминирующей в НИИ-9. В связи с этим руководство атомной промышленностью в конце 1952 года приняло решение назначить Андрея Анатольевича директором этого института. К 1952 году НИИ-9 практически уже сложился как отраслевой технологический и материаловедческий центр. В это время руководство атомной промышленности приняло решение о создании ядерных реакторов на быстрых нейтронах и институту Бочвара поручили разработку тепловыделяющих элементов (твэлов) для таких реакторов, суливших большие экономические выгоды. В эти же годы в НИИ-9 шла разработка твэлов для первой в мире атомной электростанции на тепловых нейтронах, которую строили на базе Физико-энергетического института в Обнинске.

В начале 1961 года в институте были развернуты работы по металловедению и технологии получения сверхпроводящих материалов для изготовления из них провода для электромагнитов термоядерного реактора. В 1962 году за большой вклад в развитие атомной промышленности и укрепление обороноспособности страны институт был награждён орденом Ленина.

К началу 70-х годов уровень секретности несколько снизился и по предложению А.А. Бочвара НИИ-9 переименовали во Всесоюзный научно-исследовательский институт неорганических материалов (ВНИИНМ).

Первой разработкой ВНИИНМ стали полониевые источники тепла для обогревания аппаратуры «Лунохода». Затем были сделаны радионуклидные источники для космических аппаратов «Венера» и «Вега».

В легендарном НИИ-9 отдали лучшие годы своей научной деятельности, самоотверженной работе в атомной отрасли такие учёные, как академики А.А. Бочвар, А.Н. Вольский, А.С. Никифоров, Ф.Г. Решетников, И.И. Черняев, члены-корреспонденты АН А.С. Займовский, С.Т. Конобеевский, А.Г. Самойлов, М.И. Солонин, В.В. Фомин, а также А.Д. Гельман, С.И. Камордин, В.Д. Никольский и другие.

В 2000–2015 гг. институт принимал и продолжает принимать активное участие в важнейших отраслевых проектах, среди которых:

• Разработка технологий низкотемпературных сверхпроводников для международного экспериментального термоядерного реактора ITER и внедрение технологии в АО ЧМЗ.
• Разработка в рамках проекта «Прорыв» конструкции твэлов и технологии изготовления смешанного нитридного топлива с повышенной плотностью, теплопроводностью и низкой теплоемкостью.
• Участие в создании модуля по производству топлива (модуль фабрикации/рефабрикации), модуля переработки ОЯТ и технологий кондиционирования РАО.
• Разработка технологии изготовления и исследование конструкционных материалов для активных зон реакторов БРЕСТ-ОД-300, БН-1200.
• Разработка технологий производства бериллиевых пластин для международного экспериментального термоядерного реактора ITER.
• Руководство созданием отечественного производства специальных изделий из бериллия на ФГУП «Базальт» (Саратов).
• Создание и производство фольги из бериллия и рентгеновских окон различного назначения.
• Разработка и реализация технологии производства сверхпрочных проводов из сплава медь-ниобий.
• Разработка технологий для создания ядерного топлива ТВС-Квадрат.
• Решение задач по международному проекту атомной энергетики «Нулевой отказ».
• Выполнение работ по обеспечению единства измерений в качестве главного научного метрологического центра для предприятий Госкорпорации «Росатом».

В АО «ВНИИНМ» создан участок по производству опытных партий вакуумплотных бериллиевой фольги и окон рентгеновской аппаратуры на основе материала, обладающего нанокристаллической структурой, и отработан комплекс технологий по их производству.

Суммарный опыт работы сотрудников метрологического отделения АО «ВНИИНМ» в области обеспечения единства измерений в атомной отрасли составляет более 300 лет.

Фильтроэлементы на основе разработанных в АО «ВНИИНМ» мембран из пористых коррозионностойких металлов и сплавов работают в широком температурном интервале (от минус 200°C до температуры свыше 500°C), обладают устойчивостью к химически агрессивным (сильнокислотным, либо сильнощелочным растворам), радиационно-, или биологически-опасным средам.

Создано экспериментальное производство СНУП топлива на АО «СХК», на котором реализована технология АО «ВНИИНМ». С 2016 года начнется эксплуатация нового пилотного участка для отработки промышленных технологий создаваемого ОДЭК.

В исследовательском реакторе БОР-60 испытываются 5 облучательных устройств со СНУП-твэлами, изготовленными в АО «ВНИИНМ».

Помимо разработки ядерного топлива, материалов для атомных реакторов и технологий переработки радиоактивных отходов, институт занимается широким кругом материаловедческих проблем. В частности, в 2006 году во ВНИИНМ был создан Центр нанотехнологий и наноматериалов Росатома.

В институте разрабатываются сверхпроводящие материалы, решения на базе нанобериллия, композитные наноматериалы, высокопрочные наноструктурные электропровода, широкий спектр технологий обработки поверхности, а также порошки для аддитивных технологий.

Сверхпроводники принято делить на низкотемпературные (НТСП), которые обладают нулевым электрическим сопротивлением при температуре жидкого гелия, и высокотемпературные (ВТСП), работающие при температуре жидкого азота. Промежуточное положение между НТСП и ВТСП занимает диборид магния (MgB2), который приобретает сверхпроводящие свойства при температуре жидкого водорода. Чем выше рабочая температура сверхпроводника, тем меньше затраты на криогенную технику при его эксплуатации.

Технология промышленного производства НТСП разработана ВНИИНМ и внедрена на Чепецком механическом заводе, который выпустил около 220 т сверхпроводников для международного термоядерного реактора ИТЭР. Также НТСП используются в медицинских томографах. К сожалению, наша медицина долгое время обходилась исключительно иностранным оборудованием, а производство отечественных приборов этого типа только начинает развиваться.

В области ВТСП ведутся разработки второго поколения материалов. К внедрению в промышленность наиболее близки ограничители тока, которые защищают электрические машины, например в железнодорожном транспорте или метро, от повреждения при коротких замыканиях.

Ограничители тока на базе сверхпроводящих материалов по своему быстродействию существенно превосходят обычные устройства. Принцип работы основан на том, что при превышении установленного критического значения силы тока ВТСП-элемент теряет сверхпроводящие свойства, и сопротивление сети резко увеличивается. Такие токоограничители уже разработаны.

Другое направление – создание изделий из нанобериллия, в частности, вакуумплотной фольги и линз для фокусировки рентгеновских лучей. Для изготовления линз требуется высокочистый бериллий с наноструктурой, предотвращающей рассеивание излучения. Система линз в приборах рентгенофлуоресцентного анализа позволяет получать луч микронного диаметра для исследования объектов на уровне, близком к молекулярному. Разработаны технологии шлифовки и полировки поверхности бериллиевой фольги.

Понравилась статья? Тогда поддержите нас, поделитесь с друзьями и заглядывайте по рекламным ссылкам!