В рамках программы разработки толерантного топлива (Accident Tolerant Fuel, ATF), специалисты АО «ВНИИНМ» (входит в состав Топливной компании Росатома «ТВЭЛ») разработали уникальный состав, а также метод нанесения покрытий на основе хрома толщиной до 15 мкм на трубы-оболочки твэлов.

Предварительные исследования показали увеличение стойкости покрытых образцов в 5 раз по сравнению с непокрытыми. В ходе работ способы  нанесения покрытия на оболочку варьировались, но оптимальным был выбран метод высокоскоростного ионно-плазменного магнетронного распыления. В напылении используется хром с различными добавками (никель, железо, алюминий и др.), чтобы повысить механические свойства и адгезию. В настоящее время ведутся исследования на образцах для выбора режимов нанесения и состава для масштабирования технологии обработки циркониевых труб на длину до 500 мм для поставки в ПАО «НЗХК» уже в этом году. В Новосибирске образцы будут начинены ядерным топливом, после чего  установлены в исследовательские реакторы. В дальнейшем планируется масштабировать технологию на оболочки твэлов длиной до 4 метров.

Специалисты АО «ВНИИНМ» оптимизируют параметры технологии процесса напыления, а также предварительной подготовки поверхности труб-оболочек для обеспечения следующих требований: стойкость при нормальной эксплуатации в реакторе, а также при авариях с потерей теплоносителя. Кроме того, для образцов с покрытием предусмотрен комплекс испытаний: механических, высокотемпературных, автоклавных, а также исследование физических характеристик. При отработке методики трубы из циркония установят в планетарный механизм вращения (8-16 позиционный) для повышения производительности и однородности процесса напыления. Такая опытно-промышленная технология позволит снизить стоимость единицы продукции. Окончательный выбор технологии будет сделан после окончания реакторных и послереакторных испытаний.

По словам генерального директора АО «ВНИИНМ» Леонида Карпюка, специалисты института в рамках работ по ATF исследуют и отработают технологию сварки твэльных труб, а также  разработают методику неразрушающего контроля толщины покрытия на циркониевой трубе. «Мы испытываем образцы в широком диапазоне температур. Уже исследовано несколько десятков труб-оболочек с разными покрытиями и параметрами их напыления с целью повышения свойств. Пробуются варианты напыления как из нескольких источников, так и с мозаичными мишенями. Предварительные исследования уже показали увеличение стойкости покрытых образцов в 5 раз по сравнению с непокрытыми», – подчеркнул Леонид Карпюк.