Федеральный проект №4 «Разработка новых материалов и технологий для перспективных энергетических систем» (U4)

О проекте

В проекте 4 программы, в рамках которых в 2022 г. будет выполнено 40 научно-исследовательских и опытно-конструкторских проектов:

1. НОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИИ

Основные задачи программы «Новые материалы и технологии» –материаловедческое и технологическое обоснование перспективных реакторных технологий.

В крупномасштабной ядерной энергетике будущего центральное место займут реакторные системы с замкнутым топливным циклом поколения IV, отличающиеся повышенным уровнем безопасности, высокой надежностью и экономической эффективностью. Для этих реакторов российские ученые создают экспериментальные инструменты, позволяющие в несколько раз сократить цикл разработки новых материалов, прежде всего за счет качественного сокращения обоснований работоспособности материалов на предельных дозах нейтронных воздействий (более 200 сна). К концу 2024 г. в России будет разработана методическая база, обеспечивающая проведение имитационных исследований по новым материалам для перспективных российских реакторов и инструменты цифрового моделирования материалов и их свойств, исходя из их эксплуатационных характеристик, заданных конструкторами.

Для повышения экономической эффективности и безопасности АЭС и снижения уровня инженерных рисков при лицензировании и вводе в эксплуатацию будет создана система управления ресурсом/старением конструкций, систем и элементов на всех этапах жизненного цикла атомных станций, разработанная в соответствии с международными требованиями МАГАТЭ.

Для решения поставленных задач необходимо оптимизировать составы радиационностойких, жаропрочных и коррозионностойких конструкционных материалов для реакторных установок нового поколения типов ВВЭР-С, ВВЭР-СКД, БРЕСТ-ОД‑300, БН‑1200, БР‑1200.

Необходимо разработать новые конструкционные материалы, обеспечивающие эксплуатационные характеристики реакторов поколения IV в ЗЯТЦ, а также снижение удельной металлоемкости и ресурс основного оборудования не менее 30 лет и пр.

Результаты по материалам:

• Разработаны новые конструкционные материалы и конструкционные топливные материалы для РУ БР, БН и АСММ (ДУО стали и стали на базе системы Fe-Cr-Al, Ni-Cr-Mo-сплавы), конструкционные материалы для корпуса реакторов и внутрикорпусных устройств ВВЭР-С/-СКД.

• Коррозионностойкие материалы для жидкосолевых реакторов VI поколения.

• Высокомодульные углеволокно (UMT-55-12K-EP) и волокно на основе мезофазных пеков.

Результаты по новым продуктам:

• Технология производства магнитов для ветроэнергетики.

• Устройства безопасности из сплавов с высокотемпературным эффектом памяти формы системы Ni Ti-Hf, изготовленные аддитивным способом.

2. АДДИТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Основные цели НИОКР в этой сфере – разработка материалов, технологий изготовления изделий и оборудования для печати металлическими и композиционными, из тугоплавких материалов (порошковых и проволочных), керамических материалов, полимерных материалов.

Всего к концу 2024 г. будет разработано и изготовлено:

• 7 материалов для 3D печати на разработанном оборудовании.

• 7 единиц оборудования для 3D печати различными методами.

• 2 типа комплектующих для аддитивного оборудования (3-х осевой лазерный сканатор, система управления затвердеванием).

• Программно-аппаратная платформа управления аддитивным процессом с интеллектуальной обратной связью.

• 14 изделий, изготовленные на разработанном оборудовании.

3. ПРОГРАММА СТЭ+ЭСВ

Программа разработки технологий, оборудования и материалов в области синтеза сверхтяжелых элементов и изучения свойств вещества при сверхвысоких давлении и температуре (СТЭ+ЭСВ) – это фундаментальный научный проект, в рамках которого планируется построить экспериментальную установку по синтезу сверхтяжелых элементов, что откроет возможность проводить научные исследования на передовом крае науки, техники и технологий, изучать фундаментальные вопросы о границе материального мира (массах ядер).

4. СИНТЕЗ НОВЫХ СВЕРХТЯЖЕЛЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Для решения этой задачи, предстоит разработка технологий и оборудования для фабрики по синтезу СТЭ, а также наработка тяжелых изотопов (Bk и Cf) для проведения экспериментов по синтезу 119 и 120 элементов периодической таблицы Менделеева.

Результаты:

• Сильноточный инжектор, масс-сепаратор для разделения изотопов ТПЭ и технологии наработки, выделения и очистки изотопов для фабрики по синтезу сверхтяжелых элементов, а также тяжелые изотопы Bk-249, Cf-251.

Работы ведутся Российским федеральным ядерным центром – Всероссийским научно-исследовательским институтом экспериментальной физики (РФЯЦ ВНИИЭФ, Саров) совместно с Объединенным институтом ядерных исследований (ОИЯИ, Дубна), Государственным научным центром – Научно-исследовательским институтом атомных реакторов (ГНЦ НИИАР, Димитровград, входит в научный дивизион Росатома) и другими организациями атомной отрасли и РАН.

5. ИССЛЕДОВАНИЯ ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ СОСТОЯНИЙ ВЕЩЕСТВА (ЭСВ)

Работы по данной тематике ведутся преимущественно в Троицком институте инновационных и термоядерных исследований (ГНЦ РФ ТРИНИТИ, входит в научный дивизион Росатома) с привлечением РФЯЦ ВНИИЭФ, РФЯЦ ВНИИТФ и ведущих организаций РАН. Они необходимы для получения новых знаний о физических процессах и свойствах материалов в условиях сверхвысоких давлений, плотностей и температур, составляющих основу перспективных энергетических проектов и применяемых при совершенствовании свойств материалов ядерно-энергетических установок, находящихся под действием мощных потоков излучений, а также для разработки новых технологий энергетического применения.

Результаты:

• Комплекс данных по поведению материалов в экстремальных условиях.

• База данных по скоростным и температурным зависимостям сопротивления деформированию и разрушению материалов атомной энергетики.

• Импульсный источник линейчатого рентгеновского излучения с мощностью 10 ТВт на базе плазменных технологий.

6. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОГО ЖИДКОСОЛЕВОГО РЕАКТОРА (ИЖСР)

ИЖСР необходим для отработки технологии дожигания долгоживущих отходов ядерной энергетики – так называемых минорных актинидов (МА), образующихся при переработке отработавшего ядерного топлива тепловых реакторов. В конечном итоге будет создан реактор для утилизации радиоактивных отходов в промышленном масштабе и решены проблемы ядерного наследия, более того согласно классификации МАГАТЭ ИЖСР относится к реакторам поколения VI.

Одна из основных проблем, ограничивающих развитие этой технологии, – низкая коррозионная стойкость существующих конструкционных материалов в контакте с топливной солью и радиоактивными топливными добавками. К 2024 г. планируется разработать и промышленно освоить новые коррозионностойкие сплавы для топливного и промежуточного контуров ИЖСР. Решить проблемы, связанные с контролем за чистотой топливной соли и топливными добавками, обеспечивающими трансмутацию минорных актинидов.

Результаты к концу 2024 г.:

• Комплекс НИОКР по ИЖСР и технологиям переработки (эскизный проект реакторной установки ИЖСР, техническое предложение по модулю переработки ИЖСР и др.)

• ОБИН

• ОВОС