รัสเซียสร้าง “ซูเปอร์เหล็กกล้า” หวังใช้ในเครื่องนิวเคลียร์รุ่นต่อไป

รัสเซียก้าวล้ำอีกขั้นในวงการด้านพลังงานนิวเคลียร์ ด้วยการพัฒนา เหล็กกล้าพิเศษชนิดใหม่ (Super Steel) ที่ทนความร้อนสูงและทนต่อรังสีได้ดีกว่าโลหะทั่วไปหลายเท่า ถูกออกแบบมาเพื่อใช้ในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์รุ่นต่อไป (Next-generation nuclear reactors) โดยเฉพาะ

Super Steel คืออะไร ?

ผู้เชี่ยวชาญจากสถาบันวิศวกรรมความร้อนแห่งรัสเซีย All-Russian Thermal Engineering Institute (VTI) เปิดตัวเหล็กกล้าพิเศษชนิดใหม่ (Super Steel) ที่ออกแบบมาให้ไม่ก่อมลพิษรังสีและทนทานพิเศษ (Low-activated ferritic-martensitic steel หรือ EP302M-Sh) สำหรับใช้ในโซนอุปกรณ์ของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ ที่มีทั้งสารหล่อเย็นโลหะเหลว อุณหภูมิความร้อน และแรงนิวตรอนที่สูง 

EP302M-Sh คือ Super Steel หรือ “เหล็กกล้าความทนทานสูงพิเศษ” (High-performance steel alloy) ที่ถูกพัฒนาขึ้นจากความร่วมมือระหว่างนักวิจัยรัสเซียของ VTI  ร่วมกับ Prometheus Central Research Institute of Structural Materials ศูนย์วิจัยวัสดุโลหะชั้นนำของรัสเซีย ผู้คิดค้นสูตรโลหะ EP302M-Sh จับมือกับ Rosatom State Nuclear Energy Corporation องค์กรแม่ด้านพลังงานนิวเคลียร์ของรัสเซีย และ Institute of Physics and Power Engineering หน่วยงานสนับสนุนด้านข้อมูลวัสดุและจำลองพฤติกรรมในรังสี 

คุณสมบัติเด่นของ EP302M-Sh :

• ทนต่ออุณหภูมิได้ 550-600 องศาเซลเซียส

• มีความต้านทานการกัดกร่อนจากรังสีและสารเคมีในระบบหล่อเย็น

• โครงสร้างผลึกของโลหะมีความเสถียรสูงภายใต้สภาวะรังสีเข้มข้น

• อายุการใช้งานยาวนานกว่าวัสดุโลหะในเครื่องปฏิกรณ์ทั่วไป 2–3 เท่า

ตัวเหล็กได้รับการทดสอบที่ซับซ้อนและยาวนานที่สุดในประวัติศาสตร์ยาวนานกว่า 400,000 ชั่วโมง ตัวอย่างแต่ละชิ้นได้ถูกทดสอบภายใต้ความร้อน และแรงดันต่อเนื่องนานกว่า 25,000 ชั่วโมง หรือเกือบ 3 ปีเต็ม ภายใต้การทดสอบที่จำลองสภาพจริงของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ เพื่อให้เข้าใจพฤติกรรมของวัสดุในระยะยาวได้อย่างแม่นยำ

นักวิจัยของ VTI ต้องเผชิญกับความท้าทายทางเทคนิค เนื่องจากตัวอย่างท่อมี เส้นผ่านศูนย์กลางเพียง 18 มิลลิเมตร และ ความหนาแค่ 3 มิลลิเมตร ซึ่งไม่สามารถใช้วิธีทดสอบมาตรฐานได้ ทีมงานจึงต้องพัฒนา เทคนิคเฉพาะทางใหม่ทั้งหมด ทั้งในด้านการออกแบบตัวอย่างและระบบยึดสำหรับทดสอบ

พัฒนาเพื่อรองรับ “เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์รุ่นใหม่”

รัสเซียตั้งเป้าใช้ Super Steel ในเครื่องปฏิกรณ์รุ่น BN-1200M และ BREST-OD-300 ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของเทคโนโลยี “Generation IV Nuclear Reactor” เครื่องปฏิกรณ์ที่มีความปลอดภัยสูง ประสิทธิภาพดีขึ้น และลดของเสียกัมมันตรังสีลง

การใช้เหล็กชนิดใหม่นี้จะช่วยให้ระบบหล่อเย็นแบบ “ตะกั่วเหลว” (Lead-cooled fast reactor) ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น โดยไม่ต้องเปลี่ยนวัสดุบ่อยครั้งเหมือนในอดีต

ปัจจุบันวัสดุชนิดนี้อยู่ในขั้นตอนการทดสอบภาคสนาม และเตรียมนำไปใช้จริงกับเครื่องปฏิกรณ์นำร่องในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า

การพัฒนา Super Steel ถือเป็น อีกก้าวของการแข่งขันเทคโนโลยีพลังงานนิวเคลียร์ระดับโลก ที่หลายประเทศ เช่น สหรัฐฯ จีน และเกาหลีใต้ กำลังวิจัยวัสดุทนรังสีรุ่นใหม่เช่นกัน แต่ความก้าวหน้าครั้งนี้ของรัสเซีย ทำให้ประเทศกลายเป็นผู้นำด้านการพัฒนาวัสดุสำหรับ “เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ยุคใหม่” อย่างแท้จริง

แหล่งที่มา: interestingengineering.com/