Если честно, когда слышишь 'карбид бора для атомной энергетики', первое что приходит в голову — это сухие техкарты и глянцевые брошюры. Но на практике всё упирается в мелочи, которые в документах не опишешь. Вот например, китайские коллеги из ООО Шимань Босэн Технолоджи Абразив — их линия на 2000 тонн глубокой переработки ведь не с неба упала. Помню, как в 2015-м они запускали первый этап с мощностью 3000 тонн, и тогда многие скептически качали головами — мол, зачем столько для нейтронной защиты? А оказалось, что именно такой объем позволяет выдерживать стабильность свойств от партии к партии.
До сих пор встречаю инженеров, которые считают, что можно заменить карбид бора композитными материалами подешевле. Но когда речь идет о поглотителях СУЗ для ВВЭР-1000, тут уже не до экспериментов. Важно не просто 'впитывать нейтроны', а делать это предсказуемо в течение всего цикла. Кстати, у китайцев марка 'Хуангэн' — их продукт стабильно показывает 10^5 циклов без изменения геометрии стержней. Проверяли на стенде в Курчатовском институте — результат совпал с заявленным.
Хотя нет, однажды была история с трещинами в оболочке — но там оказалось не в карбиде бора дело, а в термоциклировании при сборке. Мы тогда три недели разбирались, пока не вышли на температурный градиент в 1200°C/мин при прессовании. Вот такой нюанс — техпроцесс важнее химического состава.
Кстати о составе — лишний раз подтверждаю, что для атомной энергетики критичен не столько состав, сколько однородность распределения фазы B4C. Видел как-то образцы с локальными уплотнениями — казалось бы, всего 3% отклонение, а нейтронный поток уже дает асимметрию.
Когда ООО Шимань Босэн Технолоджи Абразив запускали свою линию глубокой переработки, они столкнулись с классической проблемой — содержание бора плавало между 76-78%. Для обычных абразивов нормально, для атомщиков — катастрофа. Пришлось им подсказывать по поводу газостатического прессования — не рекламы ради, а чтобы понимали, о чем речь.
Их сайт https://www.cn-boroncarbide.ru сейчас выглядит солидно, но помню первые поставки в 2016 — тогда еще приходилось каждый образец в рентгенофлуоресцентном анализе проверять. Сейчас уже доверяем, но выборочный контроль оставляем — по опыту знаю, что даже проверенные поставщики иногда 'экономят' на температуре спекания.
Кстати, про температуру — оптимальные 2200°C многие пытаются снизить до 2000, мол, экономия энергии. Но тогда получается нестабильная тетрагональная фаза, которая при облучении быстро теряет форму. На стендовых испытаниях такой образец через 200 часов начинает 'пылить' — мельчайшие частицы выносятся теплоносителем.
На Балаковской АЭС в 2018 году была ситуация с заклиниванием поглотиющих стержней — так вот, винили сначала карбид бора. Разбирались полгода — оказалось, деформация направляющих каналов, а материал был как раз от Шимань Босэн, их марка 'Хуангэн' подтвердила стабильность после извлечения.
Запомнился случай на канадском CANDU — там вообще изначально использовали карбид бора в виде порошка, пока не столкнулись с проблемой вибрационного уплотнения. Сейчас перешли на прессованные таблетки, но технология другая — не наш вариант.
Кстати, про геометрию — для ВВЭР-1000 оптимальны таблетки диаметром 14 мм с фаской 0.3 мм, а для PWR американские — 12.5 мм без фаски. Казалось бы, мелочь, но если перепутать — зазор теплоносителя дает нерасчетное охлаждение.
Часто забывают про радиационную ползучесть — при облучении в активной зоне даже самый качественный карбид бора дает усадку около 0.8% за цикл. Поэтому при прессовании закладывают положительный допуск +1.2% — но это ноу-хау каждого производителя.
У китайцев с их производственной линией на 2000 тонн есть интересное решение — они используют двухстадийный отжиг, что снижает внутренние напряжения. Проверяли на синхротроне — действительно, дислокаций меньше на порядок.
Еще важный момент — чистота поверхности. Видел как-то образцы с микротрещинами после шлифовки — казалось бы, дефект чисто косметический. Но именно с таких трещин начинается коррозия под облучением — теряем до 20% срока службы.
Сейчас многие говорят про карбид бора для малых модульных реакторов — но там совсем другие требования по нейтронному спектру. Для быстрых нейтронов нужна другая структура — более крупные зерна, что противоречит требованиям прочности.
Коллеги из ООО Шимань Босэн Технолоджи Абразив как-то предлагали вариант с легированием алюминием — для повышения теплопроводности. Но тогда падает сечение поглощения — получаем палку о двух концах.
Лично я считаю, что будущее за композитами на основе карбида бора — но не теми, что все пытаются сделать, а слоистыми структурами. Пока пробные образцы показывают увеличение стойкости на 40% — но это лаборатория, до проммасштаба далеко.
Кстати, про проммасштаб — когда их производство выйдет на полную мощность в 100 миллионов юаней в год, это может изменить рынок. Но пока даже их 2000 тонн глубокой переработки — это капля в море для глобальной атомной энергетики.
