02:58 18 Luglio 2018
Il rappresentante della cattedra dei problemi dei materiali di MEPhI svolge una ricerca

Scienziati “ringiovaniranno” reattori nucleari e aumenteranno la sicurezza delle centrali

© Foto : Evgeny Kuleshov (NRNU MEPhI)
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Gli specialisti del Centro nazionale di ricerca “Istituto Kurčatov”, insieme ai laureandi e ai dottorandi dell’Università nazionale di ricerca nucleare “MEPhI” hanno analizzato le condizioni strutturali dell’acciaio del guscio del reattore nucleare VVER-440.

Gli specialisti del Centro nazionale di ricerca "Istituto Kurčatov", insieme ai laureandi e ai dottorandi dell'Università nazionale di ricerca nucleare "MEPhI" hanno analizzato le condizioni strutturali dell'acciaio del guscio del reattore nucleare VVER-440 con l'aiuto della tecnologia messa a punto presso il "Kurčatov", la quale permette di aumentare la durata dell'operatività dei reattori fino a 45 anni e di risparmiare notevolmente sui costi di smantellamento dei vecchi reattori e sulla costruzione dei nuovi. I risultati della ricerca sono stati pubblicati sulla rivista Journal of Nuclear Materials (https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022311517309972).

Il modello del nanotubo di fullerene del diametro variabile
© Foto : Joel Brehm/ University of Nebraska-Lincoln Office of Research and Economic Development
Il guscio del VVER-440, reattore nucleare ad acqua pressurizzata (il tipo di reattore più diffuso al mondo), è uno dei punti principali dell'impianto elettronucleare; l'affidabilità e l'operatività del lavoro del guscio sono in larga parte determinate dalla sicurezza di funzionamento della centrale nel suo complesso.

Durante il processo di utilizzo dell'impianto, per effetto dell'irradiazione dei neutroni veloci avviene una sorta di compattamento da radiazioni dell'acciaio del guscio del reattore (un abbassamento della sua duttilità) dovuto alla formazione di difetti a livello nanodimensionale e fasi della radiazione.

Per effetto della temperatura operativa del guscio del reattore (~ 300о С) e dell'irradiazione sui bordi dei granuli, vengono altresì isolati degli elementi impuri che diminuiscono la robustezza dei bordi stessi. La formazione queste isole di residui nocivi sui bordi dei granuli provoca la diminuzione della resistenza dell'acciaio alle spaccature.

Ciò limita la durata dell'impiego in sicurezza del guscio del reattore, perché col tempo aumenta la probabilità di una sua rottura al contatto con l'acqua fredda in caso di avaria. Per poter allungare il periodo di utilizzo del guscio del reattore di tipo VVER-440, nel 1991 venne effettuata una "ricottura" di una serie di gusci di reattore, permettendo di prolungarne il servizio fino a 45 anni.

Secondo quando dicono gli scienziati, per sfruttare in un modo economicamente conveniente il prolungamento della durata di servizio fino a 60 anni, è necessario effettuare una ripetizione della ricottura rigenerante dopo un esame delle condizioni della struttura e delle caratteristiche meccaniche dell'acciaio del guscio che si sono venute a creare nel lungo periodo a seguito della prima ricottura. 

La tecnica di ricottura è stata elaborata e brevettata al Centro nazionale di ricerca "Istituto Kurčatov" e presuppone una certa temperatura, un certo tempo di attesa, una certa rapidità di riscaldamento fino al raggiungimento dei gradi per la ricottura in diverse fasi, nonché una determinata rapidità di raffreddamento. 

Questo metodo consiste in sostanza nel prelevare dai gusci in attività del reattore VVER-440 delle sezioni (template) che verranno sottoposte a un'analisi accurata, una ricottura ripetuta e poi un'ulteriore analisi. 

Solo dopo l'effettuazione di tale procedimento è possibile formulare delle raccomandazioni sulla possibilità di allungare la durata del servizio del guscio del reattore e determinare le tempistiche dell'infragilimento da irradiazione successivo alla ricottura, dice Evgenija Kulešova, collaboratrice scientifica principale del Centro nazionale di ricerca "Istituto Kurčatov" nonché docente presso l'Istituto di fisica e tecnologie nucleari del MEPhI.

Secondo quanto affermato dai ricercatori, questo metodo permette di aumentare la vita e il lavoro dei reattori fino a 60 anni e inoltre di risparmiare molto sullo smantellamento dei vecchi reattori e sulla costruzione dei nuovi.

L'effettuazione della ricottura ristrutturante secondo un regime prestabilito porta allo scioglimento dei precipitati e delle imperfezioni derivanti dalle radiazioni, così come delle separazioni ai bordi dei granuli. Come risultato di ciò, avviene un ritorno della struttura e delle caratteristiche dell'acciaio alla condizione iniziale e di conseguenza si allunga il periodo di servizio di essi. È per questo motivo che sono così importanti le conoscenze sulla struttura e sulle proprietà meccaniche dell'acciaio presente nel guscio del reattore nei diversi stadi della sua utilizzazione, anche dopo la ricottura rigenerativa, commenta così Evgenija Kulešova.

Nel corso della ricerca sono stati utilizzati moderni metodi ad alto sezionamento: microscopio a scansione elettronica e a trasmissione, tomografia a sonda atomica e la spettroscopia elettronica Auger. Per verificare il grado di infragilimento dell'acciaio dovuto a radiazioni sono stati condotti anche test meccanici sulla dilatazione statica e sulla piegatura da urto.

La partecipazione degli studenti del MEPhI a questa ricerca mostra il legame delle università russe con il mondo dell'economia e della scienza applicata, permettendo così agli studenti di cimentarsi con veri esperimenti scientifici e con compiti importanti già a partire dai banchi della scuola: ciò naturalmente eleva il livello delle loro conoscenze e competenze e favorisce un effettivo contributo al Paese in termini economici, dice Evgenija Kulešova.

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Tags:
fisica, Reattore nucleare, nucleare, Russia
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