Theo kết quả nghiên cứu được công bố trên tạp chí Materials Letters, các nhà khoa học từ Đại học Bách khoa Tomsk (Tomsk Polytechnic University -TPU) của Nga đã tìm ra giải pháp giảm thiểu nguy cơ rò rỉ phóng xạ – tháo gỡ một trong những vấn đề cấp bách mà các lò phản ứng hạt nhân phổ biến nhất trên thế giới hiện nay gặp phải.
Các nhà khoa học đã phát triển một lớp phủ cho vỏ thanh nhiên liệu trong lò phản ứng của nhà máy điện hạt nhân, từ đó làm tăng đáng kể khả năng chống ăn mòn và gần như loại bỏ nguy cơ xảy ra rò rỉ phóng xạ.
Lớp phủ mới được phát triển có độ tin cậy cao, thân thiện với môi trường.
Thanh nhiên liệu hạt nhân là bộ phận chính của lò phản ứng hạt nhân, bên trong diễn ra quá trình phân hạch phóng xạ. Theo các nhà khoa học TPU, trong trường hợp khẩn cấp, khi nhiệt độ trong lõi của lò phản ứng tăng lên quá cao – gọi là tình trạng “nóng chảy hạt nhân”, phản ứng giữa hơi nước với lớp phủ zirconium của thanh nhiên liệu có thể dẫn đến rò rỉ phóng xạ. Trong quá trình zirconium phản ứng với hơi nước, hydro cực kỳ dễ cháy được giải phóng; khi đó, các lớp vỏ dễ dàng đánh mất đặc tính và xuất hiện những khe hở dẫn đến rò rỉ.
Do đó, các nhà khoa học đã tạo ra lớp phủ đặc biệt, bằng cacbua silic, trên bề mặt lớp vỏ để ngăn chặn những tình huống tương tự. Lớp phủ mới được phát triển có độ tin cậy cao, thân thiện với môi trường và tiết kiệm chi phí sản xuất, cũng như có cách phủ rất đơn giản.
Giáo sư Andrey Lider tại Khoa Vật lý Thực nghiệm của TPU chia sẻ nhóm chuyên gia đã nghiên cứu cách thức để sửa đổi cấu trúc bề mặt của các vật liệu zirconium khác nhau được sử dụng trong thanh nhiên liệu. Quá trình thử nghiệm đã chứng minh lớp phủ mới được nhóm phát triển giúp tăng khả năng bảo vệ trước những hư hỏng cơ học có thể xảy ra trong quá trình hoạt động.
Các nhà khoa học giải thích thêm rằng lớp phủ bằng cacbua silic có khả năng chống chịu nhiệt độ cao và hiệu suất chống ăn mòn tuyệt vời. Các chuyên gia của TPU đã xác định được những chế độ sử dụng tối ưu của vật liệu này, cho phép tạo ra lớp phủ có độ xốp thấp, bền và bám dính cao với bề mặt của hợp kim zirconium.
Ngoài ra, trong quá trình nghiên cứu, các nhà khoa học TPU lần đầu tiên sử dụng phương pháp chụp cắt lớp siêu âm để theo dõi tình trạng của lớp phủ bảo vệ vật liệu zirconium. Các tác giả tin tưởng phương pháp này có thể trở thành một yếu tố quan trọng trong các hệ thống an toàn tại các nhà máy điện hạt nhân.
Trong tương lai, nhóm nghiên cứu dự định tiếp tục cải tiến lớp phủ mới, thử nghiệm độ ăn mòn và tiến hành các thí nghiệm cơ học, cũng như phát triển các phương pháp sử dụng lớp phủ cho những sản phẩm có hình dạng phức tạp.