Если честно, когда слышишь про карбид бора как нейтронный поглотитель, первое что приходит на ум — это сухая теория из учебников. Но на практике всё иначе: тот же В4С в активных зонах ведёт себя порой непредсказуемо, особенно при длительном облучении. Многие до сих пор считают, что главное — достичь теоретической плотности, а остальное ?само приложится?. Горький опыт подсказывает: именно ?остальное? — однородность распределения фазы, микродефекты спекания — становится причиной внеплановых остановок.
Сравнивал как-то в тестах B4C с альтернативами — например, с боридом гадолиния. По сечению поглощения разница не столь драматична, но вот по стабильности в агрессивных средах карбид бора выигрывает. Правда, есть нюанс: при температурах выше 500 °C начинается распухание из-за гелия — тот самый эффект, который в 2018 году на одном из исследовательских реакторов привёл к локальному разрушению поглотителя. Мы тогда сутки протоколы аварийного остатка разбирали.
Кстати, о температуре — именно здесь многие производители переоценивают возможности материала. Видел образцы от разных поставщиков, где заявленная стойкость до 600 °C, а на деле после 450 уже пошло расслоение по границам зёрен. Причина? Часто — неконтролируемые примеси кремния или кислорода в исходном порошке.
И вот здесь стоит упомянуть компанию ООО Шимань Босэн Технолоджи Абразив — их линия глубокой переработки как раз заточена под минимизацию таких рисков. Не реклама, а констатация: их марка ?Хуангэн? стабильно показывает содержание бора на уровне 76–78% при минимальных отклонениях между партиями. Для поглотителей это критично — неоднородность в 2% по бору может дать разброс по эффективности поглощения до 15%.
Никто не любит говорить о браке, но без этого картина неполная. В 2019 году мы получили партию прессованных таблеток B4C — вроде бы все параметры в норме, плотность 2,50 г/см3, чистота 99,4%. Но после первого же теплового цикла в имитаторе активной зоны пошли трещины. Разбор показал: проблема в гранулометрии порошка — фракция 40–60 мкм была слишком узкой, что привело к неравномерному уплотнению.
Именно после этого случая мы стали обращать внимание не только на химию, но и на историю производства порошка. Технология ООО Шимань Босэн Технолоджи Абразив с полным циклом от синтеза до глубокой переработки — это как раз тот случай, когда можно проследить всю цепочку. Их сайт https://www.cn-boroncarbide.ru не пестрит деталями, но техдокументация показывает контроль на каждом переделе.
Ещё один момент — это совместимость с оболочкой. Алюминий — относительно терпим, но вот с циркониевыми сплавами бывают сюрпризы. При длительном контакте под облучением возникает диффузионный слой, который резко снижает теплопроводность узла. Приходится либо вводить барьерные покрытия, либо переходить на дисперсно-упрочнённые композиты.
На модернизации исследовательского реактора в 2021 году использовали поглотители на основе B4C именно от Шимань Босэн — не потому что дешевле, а потому что поставили партию с полным досье по каждому этапу производства. Отслеживаемость от шихты до готовой таблетки — это то, чего часто не хватает китайским поставщикам.
Интересно было наблюдать за поведением материала в режиме прерывистого поглощения — когда стержни то полностью погружены, то извлечены. Циклические термоудары выявляют любые скрытые дефекты спекания. Здесь карбид бора показал себя лучше, чем борид титана, хотя последний и прочнее на изгиб.
Кстати, о механике — многие забывают, что B4C хрупок, и при проектировании узлов крепления это частая ошибка. Мы в свое время переделали три варианта хвостовика, пока не пришли к композитной втулке, которая компенсирует разницу ТКР.
Сейчас много говорят о композитах B4C-Al или B4C-SiC — якобы это решит проблемы с трещинами. Но на практике добавка даже 10% алюминия снижает сечение поглощения на 20–25%. Для некоторых применений это допустимо, но в критичных зонах лучше увеличить толщину, но сохранить чистый карбид.
Вижу тенденцию к спеканию при высоком давлении — метод SPS даёт плотность до 95% от теоретической без роста зёрен. Но стоимость такого процесса пока ограничивает его применение в серийных поглотителях. Возможно, лет через пять, когда установки подешевеют, это станет мейнстримом.
Кстати, у Шимань Босэн есть задел — их линия на 2000 тонн глубокой переработки теоретически позволяет организовать выпуск пресс-заготовок для последующего спекания под давлением. Если они это освоят, смогут занять нишу поставщика не просто порошков, а полуфабрикатов для ответственных применений.
Главный урок за последние годы: не существует идеального материала для поглощения нейтронов. Карбид бора — отличный выбор, но только если контролировать всю цепочку от порошка до готового изделия. Экономия на этапе синтеза сырья всегда вылезает боком на этапе эксплуатации.
Сейчас, глядя на рынок, вижу чёткое разделение: одни производители работают на объём, другие — на качество. ООО Шимань Босэн Технолоджи Абразив — из вторых, их мощность в 3000 тонн карбида бора в год позволяет не торопиться и выдерживать технологию.
И последнее: никогда не доверяйте паспортам без независимой проверки. Мы как-то получили сертификат с идеальными цифрами, а радиография показала каверны в 40% таблеток. С тех пор любой новый поставщик проходит тест на ?честность? — облучаем образцы в исследовательском реакторе и смотрим на распухание. B4C от Шимань Босэн в таких тестах стабильно показывает результат в пределах 1,2% после 30 суток облучения — это хороший показатель для промышленного материала.
