Как создание новых материалов закладывает основу для будущего ядерной энергетики

Чем федеральная программа по разработке новых материалов и технологий полезна для науки в целом и для АЭС в частности

Первые атомные электростанции строились с расчетом на эксплуатацию сроком на 30 лет. Сейчас этот показатель в среднем составляет 60 лет, однако ученые говорят о потенциале в 100 лет. Кроме того, за годы развития ядерной энергетики значительно повысились требования к ее безопасности и экологичности. Более жесткие требования к предельным срокам эксплуатации и надежности АЭС заставили создателей таких электростанций придумывать совершенно новые материалы и технологии, способные соответствовать самым строгим требованиям.

Решить амбициозную задачу вывода материалов для АЭС в России на новый уровень должен проект «Разработка новых материалов и технологий для перспективных энергетических систем» комплексной программы «Развитие техники, технологий и научных исследований в области использования атомной энергии в Российской Федерации» (РТТН). В следующем году она трансформируется в национальный проект «Новые атомные и энергетические технологии».

Как создание новых материалов, технология 3D-печати, ускоренные испытания и цифровое материаловедение, а также синтез сверхтяжелых элементов помогают совершенствовать атомную энергетику, разобрались «Ведомости.Наука».

В поисках новых материалов

Создание новых типов реакторов и увеличение срока эксплуатации атомных станций требует такие материалы, которые смогут работать длительное время в экстремальных условиях. За время реализации РТТН в России запустили более 40 научных проектов, посвященных поиску новых материалов, в их работе участвуют более 50 организаций.

Полученные в ходе программы конструкционные стали позволят создать корпусное оборудования для ВВЭР-С и ВВЭР-СКД – водо-водяных энергетических реакторов. Применение таких материалов поможет снизить массу слитка для изготовления корпусного оборудования. Кроме того, конструкционный материал ВВЭР-С должен увеличить ресурс эксплуатации АЭС до 80 лет. В свою очередь, корпусное оборудование для ВВЭР-СКД позволит достичь сверхкритических параметров теплоносителя с температурой до 430 градусов Цельсия и давления до 29 МПа, чтобы повысить КПД АЭС.

Кроме того, до конца 2024 г. в «Росатоме» завершат разработку высокопрочной стали, облегченной как минимум на 20%. Ее применят в реакторах транспортного типа РИТМ-200 и РИТМ-400. Планируется, что именно этими установками оснастят атомные станции малой мощности, плавучие АЭС и ледоколы.

Разработка новых материалов в рамках РТТН в первую очередь касается атомной энергетики, однако ее результаты расширят возможности и других индустрий, заявил РБК научный руководитель федерального проекта «Разработка новых материалов и технологий для перспективных энергетических систем», первый заместитель директора частного учреждения «Наука и инновации» (входит в «Росатом») Алексей Дуб. В жаропрочных и тугоплавких материалах, главным образом в металлических, нуждается авиация, космонавтика, нефтехимия и автомобилестроение.

Этим же сферам интересно и высокопрочное углеволокно, которое ранее производилось в основном с помощью иностранных технологий. В 2023 г. «Росатом» освоил промышленное производство сверхвысокопрочного среднемодульного углеродного волокна собственной разработки. В настоящее время его не только используют для нужд корпорации, но и проводят испытания для использования в конструкции самолета МС-21 – той самой разработки, что призвана заменить самолеты зарубежного производства в гражданской авиации России.

Заметным достижением для импортозамещения стала и разработка пьезоэлектрических композитов из отечественных компонентов. Эти композиты совместили в себе преимущества керамики и полимеров: гибкость, прочность и высокий коэффициент преобразования энергии. Они будут полезны для электронной промышленности, радиотехники и систем связи.

Тестировать новшества и находить для них область применения помогает цифровое материаловедение. В его рамках была создана количественная методика ускоренных испытаний, главной целью которой станет подбор и тестирование материалов для использования в реакторах.

«При современном подходе на это требуется от 13 до 15 лет. Если же использовать цифровые инструменты, то срок от разработки до обоснования материалов для ядерной энергетики мы можем сократить как минимум в два раза», – рассказала «Ведомости. Науке» директор по управлению научно-техническими программами по материалам и технологиям частного учреждения «Наука и инновации» Татьяна Тихоновская.

Полный материал: Ведомости.Наука