ISSN 1995-2732 (Print), 2412-9003 (Online)
УДК 622.34:622
DOI: 10.18503/1995-2732-2025-23-2-71-77
Аннотация
Статья посвящена проблеме улучшения эксплуатационных показателей систем ядерных реакторов, актуальность которой возрастает с развитием научно-технического и технологического прогресса. Одним из условий успешного применения керамических материалов в качестве поглощающих элементов для реакторов на тепловых нейтронах является детальное изучение их микроструктуры и эксплуатационных свойств. Керамика на основе гафнатов и оксидов редкоземельных элементов в определенных условиях показывает высокую термостойкость и радиационную устойчивость, поэтому для достижения оптимальных нормативных эксплуатационных характеристик применяемых материалов крайне важно контролировать условия получения сложнооксидной керамики, что позволяет получить однофазные структуры с высокой плотностью и идеальной в данных условиях флюоритной решеткой. Такой подход к решению проблемы еще на стадии проектирования не только улучшает поглощающие свойства материалов, но и значительно увеличивает срок их службы в условиях высоких температур и нейтронного облучения. Исследования показывают, что добавление определенных оксидов редкоземельных металлов способствует улучшению механических свойств материалов, что делает их более долговечными и эффективными. Дальнейшее развитие этого направления открывает новые горизонты для повышения безопасности и эффективности ядерной энергетики. Материалы статьи представляют интерес при модернизации технологических процессов ядерных технологий на стадии проектирования и начального освоения, а также при подготовке специалистов высшей квалификации. Полученные в ходе комплексных исследований результаты нуждаются в дальнейшем осмыслении. Результаты исследований также показали, что гафнат диспрозия, как и другие материалы с неупорядоченной структурой, обладают высокой радиационной стойкостью. Установлено, что изменение состава обуславливает синтез, а использование различных методов позволяет получать материалы с дифференцированными свойствами, что непосредственно влияет на физические и эксплуатационные характеристики.
Ключевые слова
керамика, синтез, ядерный реактор, поглощающий элемент, оптические покрытия
Для цитирования
Шарипзянова Г.Х. Сложнооксидная керамика редкоземельных элементов для ядерных реакторов // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2025. Т. 23. №2. С. 71-77. https://doi.org/10.18503/1995-2732-2025-23-2-71-77
1. Prospects for return of valuable components lost in tailings of light metals ore processing / Golik V.I., Klyuev R.V., Martyushev N.V., Zyukin D.A., Karlina A.I. // Metallurgist. 2023, vol. 67, no. 1-2, pp. 96-103. DOI: 10.1007/s11015-023-01493-5.
2. Performance evaluation of functioning of natural-industrial system of mining-processing complex with help of analytical and mathematical models / Bosikov I.I., Klyuev R.V., Revazov V.Ch., Pilieva D.E. // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2018. IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 2018, vol. 327, p. 022013.
3. Третьяков Ю.Д., Метлин Ю.Г. Керамика – материал будущего. М.: Знание, 1987. 47 с.
4. Третьяков Ю.Д., Лепис Х. Химия и технология твердофазных материалов: учеб. пособие. М.: Изд-во МГУ, 1985. 253 с.
5. Шевченко В.Я., Баринов С.М. Техническая керамика. М.: Наука, 1993. 192 с.
6. Толкачева А.С., Павлова И.А. Общие вопросы технологии тонкой керамики: учеб. пособие. Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2018. 184 с.
7. Балкевич В.Л. Техническая керамика. М.: Стройиздат, 1984. 256 с.
8. Yakovkina L.V., Kichai V.N., Smirnova T.P. Preparation and properties of thin HfO2 films // Inorg. Mater, 2005, vol. 41, pp. 1300-1304.
9. Andrievskaya E.R. Phase equilibria in the refractory oxide systems of zirconia, hafnia and yttria with rare-earth oxides // Journal of the European Ceramic Society. 2008, vol. 28, iss. 12, pp. 2363-2388.
10. Исследование содержания и возможности извлечения матричных и редких элементов из золошлаковых отходов предприятия теплоэнергетики / Черкасова Т.Г., Черкасова Е.В., Тихомирова А.В., Гилязидинова Н.В., Клюев Р.В., Мартюшев Н.В., Карлина А.И., Скиба В.Ю. // Металлург. 2021. №
11. С. 96-100. DOI: 10.52351/00260827_2021_11_96. 11. Термические и теплофизические свойства теплозащитных покрытий на основе цирконата лантана / И.В. Мазилин, Л.X. Балдаев, Д.В. Дробот, А.М. Ахметгареева, А.О. Жуков, А.Г. Хисматуллин // Перспективные материалы. 2013. №7. С. 21-30.
12. Шевченко В.Я., Баринов С.М. Техническая керамика. М.: Наука, 1993. 187 с.
13. Аввакумов Е.Г. Механохимический синтез в неорганической химии. Новосибирск: Наука, 1991. 264 с.
14. McCormick P.G., Froes F.H. The fundamentals of Mechanochemical processing. JOM. November, 1998, pp. 61-65.
15. Гусев А.И. Нанометриалы, наноструктуры, нанотехнологии. М: Физматлит, 2005. 416 с.
16. Андриевский Р.А., Рагуля А.В. Наноструктурные материалы. М.: ИЦ «Академия», 2005. 192 с.
17. Рыжонков Д.И., Левина В.В., Дзидзигури Э.Л. Ультрадисперсные системы: получение, свойства, применение. М.: Учеба, 2010. 182 с.
18. Sol-gel synthesis and crystallization kinetics of dysprosium-titanate Dy2Ti2O7 for photonic applications / Potel M. et al. // Mater. Chem. Phys. 2015, vol. 168, рр. 159–167.
19. Radiation-induced amorphization resistance and radiation tolerance in structurally related oxides / Sickafus K.E. et al. // Nat. Mater. 2007, vol. 3, pp. 217–223.
20. Dysprosium hafnate as absorbing material for control rods / Risovany V.D. et al. // J. Nucl. Mater. 2006, vol. 355, pp. 163–170.
21. Risovany V.D., Varlashova E.E., Suslov D.N. Dysprosium titanate as an absorber material for control rods // J. Nucl. Mater. 2000, vol. 281, pp. 84–89.
22. Properties of Dysprosium Titanate as a Control Rod Material / Kim H.S. et al. 2007, pp. 10–11.
23. Hot Pressing Of Dysprosium Hafnate And Titanate Pellets / Krasnorutskii V.S. et al. 2012, vol. 50, no. 11, pp. 708–713.
24. Technology for nonwaste recovery of tailings of the mizur mining and processing plant / Golik V.I., Klyuev R.V., Martyushev N.V., Zyukin D.A., Karlina A.I. // Metallurgist. 2023, vol. 66, no. 11-12, pp. 1476-1480. DOI: 10.1007/s11015-023-01462-y.
25. Рисованный В.Д., Захаров А.В., Муралева Е.М. Новые перспективные поглощающие материалы для ядерных реакторов на тепловых нейтронах // Вопросы атомной науки и техники. Сер. Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение. 2005. № 3 (86). С. 87–93.
26. Radiation stability of WWER-1000 CPS AR absorber element with boron carbide / Fridman S.R., Risovanny V.D., Zakharov A.V., Toporova V.G. // Voprosy atomnoi nauki i tekhniki. Ser. Physics of radiation damages and radiation science of materials. 2001, no. 2, pp. 84–90.
27. Перова Е.Б., Спиридонов Л.Н., Комисарова Л.Н. Фазовые равновесия в системе HfO2–Dy2O3 // Известия АН СССР. Неорганические материалы. 1982. Т. 8. № 10. C. 1878–1882.
28. Махмудов Ф.А., Шаймарданов Э.Н., Кабгов Х.Б. Получение и свойства наноструктурированных оксидов диспрозия // Доклады АН Республики Таджикистан. 2013. Т. 56. Вып. 2. С. 130–134.
29. Thermophysical measurements on dysprosium and gadolinium titanates / Panneerselvam G. et al. // J. Nucl. Mater. 2004, vol. 327, pp. 220–225.
30. Jung C., Kim C., Lee S. Synthesis and sintering studies on Dy2TiO5 prepared by polymer carrier chemical process // J. Nucl. Mater. 2006, vol. 354, pp. 137–142.
31. Mechanism of structure formationin samarium and holmium titanates prepared from mechanically activated oxides / Lyashenko L.P., Shcherbakova L.G., Kolbanev I.V., Knerel’man E.I., Davydova G.I. // Inorg. Mater. 2007, vol. 43, no. 1, pp. 46–54.
32. Регулирующий стержень ядерного реактора: патент Российской Федерации №2077741 от 20.04.1997. G21C7/10, G21C7/24 / Чернышов В.М., Ряховских В.И., Пославский А.О., Пономаренко В.Б., Маковский В.Д., Осадчий А.И.; Лунин Г.Л., Бирюков Г.И., Васильченко И.Н.
33. Ferroelectric perovskite nanopowders obtained by mechanochemical synthesis / Szafraniak-Wiza I., Hilczer B., Talik E., Pietraszko A., Malic B. // Process. Appl. Ceram. 2010, vol. 4, no. 3, pp. 99–106.