– Celem projektu jest opracowanie ośrodka, który zajmowałby się badaniami w zakresie nowych materiałów pracujących w ekstremalnych warunkach – wysokich temperaturach, promieniowaniu i korozji – zarówno dla energetyki jądrowej, jak i dla współczesnej chemii i przemysłów energetycznych. Wreszcie możemy opracowywać materiały dla nowych generacji reaktorów jądrowych, które będą produkować albo energię, albo ciepło w Polsce – mówi prof. dr hab. Jacek Jagielski, dyrektor Departamentu Fizyki Materiałów w Narodowym Centrum Badań Jądrowych.
Materiały wytrzymałe i odporne na ekstremalne warunki pracy, na korozję, wysokie temperatury i promieniowanie są niezbędne m.in. przy konstrukcji reaktorów jądrowych nowych generacji i reaktorów termojądrowych, jak i w przemyśle kosmicznym. Dlatego też nowo powstały ośrodek pozwoli nie tylko na wymyślanie optymalnego materiału i znalezienie dla niego właściwego zastosowania.
– Chcemy zacząć od symulacji komputerowych, które umożliwią przewidzenie, w jaki sposób dany materiał zareaguje na ekstremalne środowisko, takie jak rdzeń reaktora albo wnętrze instalacji chemicznej. Na tej podstawie będziemy próbowali stworzyć komputerowy model materiału, który umożliwi przewidzenie, w jaki sposób będzie się zmieniała jego struktura. Kiedy nabierzemy zaufania do tego, że ta struktura jest już w poprawny sposób opisana, zaczniemy za pomocą modeli konstytutywnych i metod elementów skończonych symulować jego własności mechaniczne – tłumaczy prof. Jacek Jagielski.
Oprócz symulacji komputerowych naukowcy będą wykorzystywać różne metody analityczne, pozwalające na zbadanie struktury materiału i własności funkcjonalne, jak wytrzymałość czy odporność. Poza tym, materiały będą miały własności, które będzie można przewidzieć w czasie eksploatacji, przy instalacjach jądrowych nawet na okres 60–100 lat. Już wyznaczono pierwszy materiał, nad którym będą pracować naukowcy.
– Nowe stopy na bazie niklu mają szanse na wysokotemperaturowe zastosowania. Z jednej strony są odporne na wysokie temperatury, z drugiej strony na defektowanie radiacyjne, dlatego mogą znaleźć zastosowanie np. w wymiennikach ciepła albo w turbinach zasilanych reaktorami HTR – mówi ekspert NCBJ.
Popyt na takie materiały jest ogromny, m.in. w branży chemicznej, gdzie nośnikiem ciepła jest para wodna o temperaturze 450–550 st. C. Dlatego projekt jest bezpośrednio związany z Polskim Programem Energetyki Jądrowej i programem budowy reaktorów wysokotemperaturowych chłodzonych gazem, tzw. HTR.
– To w tej chwili jedyna technologia jądrowa umożliwiająca produkowanie pary technologicznej o temperaturze 550 st. C, która jest podstawą przemysłu chemicznego. Celem jest uniezależnienie się od dostaw gazu – gdyby zastąpić instalacje opalane gazem czy węglem reaktorami jądrowymi, moglibyśmy ograniczyć import gazu o 25 proc., a jednocześnie technologia reaktorów HTR mogłaby się stać polską specjalnością w UE – przekonuje prof. Jagielski.