Các nhà khoa học công tác tại Viện vật lý MEPHI trực thuộc Đại học Khoa học hạt nhân quốc gia Nga công bố một loại vật liệu mới có thể thay thế tốt hơn hợp kim hiện đang được dùng để bảo vệ các nhà máy điện hạt nhân.

Loại vật liệu mới là một dạng biến đổi đồng vị của hợp kim molybden.

Bằng cách sử dụng công nghệ tách đồng vị li tâm, các nhà khoa học Nga đã tạo ra một loại đồng vị có mặt cắt neutro nhiệt tương tự hoặc thậm chí nhỏ hơn zirconium - vốn đang được sử dụng để bảo vệ các nhà máy điện hạt nhân ngày nay.

Giáo sư Valentin Borisevich, một giáo sư công tác tại phòng vật lý phân tử MEPHI cho Thông tấn RIA Novosti biết, nghiên cứu cung cấp cho giới khoa học “thông tin cần thiết để thiết kế hệ thông phân tách trong quy trình sản xuất molybden biến đổi đồng vị quy mô lớn dựa trên cơ sở công nghệ Nga về phân tách uranium vô đồng vị trong máy li tâm khí áp”.

Đây cũng là vật liệu sẽ cải thiện tích cực sự an toàn của các lò phản ứng hạt nhân ở Nga và toàn thế giới.

Hợp kim molybden.

Các nghiên cứu đã được hoàn thành trên lý thuyết từ năm 2013. Đài Tiếng nói nước Nga khi đó dẫn lời các nhà khoa học Nga cho biết: Khi tiếp xúc với khu vực hoạt tính của lò phản ứng, các bức tường của lõi lò bị chịu nhiệt và tác động bức xạ, bên trong bắt đầu xuất hiện những thay đổi về đặc tính lý-hóa.

Qua thời gian từ vật liệu hợp kim đồng nhất đã phân ly thành vô số hạt nhỏ và nó trở nên mỏng manh. Khi đó, xuất hiện rủi ro là kim loại có thể nứt vỡ.

Các nhà khoa học Nga khi ấy đã thiết kế tấm pin khổng lồ nặng 38 tấn, có chiều cao ngang tòa nhà ba tầng có khả năng “trẻ hóa” vỏ bọc kim loại của các lò phản ứng điện hạt nhân.

Theo đó, trong quá trình bảo dưỡng định kỳ, khi các tổ máy ngừng hoạt động trong thời gian ngắn và dỡ bỏ nhiên liệu, chiếc van đặc biệt được đưa vào bên trong khối lò.

Các thiết bị làm nóng ép vào bức tường lò và trong vòng 120 giờ sẽ đốt nóng vỏ kim loại đến nhiệt độ cần thiết, làm tan chảy những hạt phân ly không mong muốn và thế là sau cuộc “sưởi nóng” kim loại được “trẻ hóa” một lần nữa, trở nên mềm dẻo.

Các nhà khoa học Nga đang thiết kế tấm pin khổng lồ nặng 38 tấn, có chiều cao ngang tòa nhà ba tầng có khả năng “trẻ hóa” vỏ bọc kim loại của các lò phản ứng điện hạt nhân.

Ngoài ra, Viện nghiên cứu khoa học “Prometheus” ở Saint-Peterburg (Nga) còn nghiên cứu thành công loại thép độc nhất vô nhị trên thế giới cho phép các lò phản ứng trong các nhà máy điện hạt nhân hoạt động kéo dài hơn 1 thế kỷ, so với mức tối đa 30 năm từ trước tới nay.

Ông Georgy Karzov, Phó giám đốc Viện Kết cấu vật liệu, cho biết: Đó là hợp kim với độ chịu bức xạ cao được bổ sung thêm crom, molypden, vanadium và niken.

Theo các nhà khoa học Nga, hợp kim molybden từ lâu đã được thảo luận để thay thế hợp kim zirconium bởi tính chịu nhiệt, chống ăn mòn cao tuy nhiên giá thành của nó lại quá cao khiến quy trình công nghệ đắt lên nhiều lần.

Hợp kim zirconium

Hiện nay, hợp kim zirconium là vật liệu chủ yếu sử dụng trong các vỏ bọc nhiên liệu có chứa uranium oxit. Vật liệu có đặc tính chống mài mòn và ăn mòn trong nước, có tiết diện bắt neutron nhiệt độ thấp.

Hợp kim zirconium cũng có nhiều nhược điểm, bao gồm sinh nhiệt trong nước và thải ra hydro, làm tăng tốc sự xuống cấp vỏ bọc nhiên liệu. Điều này xảy ra trong quá trình phản ứng zirconium được thiết lập khi nhiệt độ vượt quá 700 độ C có thể gây ra tình trạng khẩn cấp tại các nhà máy điện hạt nhân làm mát bằng nước. 

Phản ứng zirconium là một trong những nguyên nhân gây ra tai nạn cho Nhà máy điện hạt nhân Fukushima Daiichi ở Nhật Bản vào năm 2011.

Quế Chi