TiN Kaplama Radyoaktif Felaketleri Önleyecek

5411
TiN Kaplama

Nükleer reaktörlerde kullanılabilecek TiN (titanyum nitrür) esaslı kaplama; Bu kaplama, nükleer yakıt taşıyan kapların hidrojenasyonunu önemli ölçüde azaltabilir, ömrünü uzatabilir ve Fukuşima’da olduğu gibi reaktör patlaması sonucu olası felaketleri önleyebilir.

Nükleer santrallerdeki reaktör yapısı

Reaktörlerdeki nükleer yakıt, zirkonyum alaşımından yapılan özel tüpler içerisine depolanır ve bunlara yakıt çubukları denir. Yakıt çubukları içerisinde nükleer reaksiyon meydana gelir. Su soğutucusunda meydana gelen radyoliz (kimyasal maddelerin iyonlaştırıcı ışınımlar etkisiyle ayrışması)  ve yüksek sıcaklıktaki su ve Zirkonyum’un etkileşimi sonucunda hidrojen açığa çıkar. Burada açığa çıkan hidrojen yakıt çubuğunun mekanik özelliklerinin bozulmasına, sonunda da deforme olmasına neden olur. Ayrıca reaktör sıcaklığı ne kadar yüksek olursa o kadar fazla hidrojen salınır.

Fukuşima felaketi

Fukuşima 1’nolu istasyonda aktif bölgedeki pompa ekipmanına su basması sonucu reaktör sıcaklığı 1200 oC’ nin üzerine çıkmış, sıcaklığın artmasıyla buhar artmış, buhar ve zirkonyum hızla reaksiyona girerek büyük miktarda hidrojen oluşmuştu. Hızla biriken yüksek miktardaki hidrojenin patlaması sonucunda ise büyük bir radyoaktif felaket meydana geldi.

Zirkonyum yakıt çubuklarını sudan ve hidrojenin etkisinden korumak için TiN esaslı kaplama

Zirkonyum altlık üzerine TiN kaplaması, DC Magnetron Sıçratma (dcMS) ve Vakum Ark Depozisyon (VAD) olarak iki farklı teknik kullanılarak uygulandı. Her iki proseste de kalınlığı 2 mikronu geçmeyen ince film kaplamalar elde edildi.

Yapılan performans testlerinde, TiN kaplama, inert yapısı, yüksek sertlik değeri, yüksek aşınma direnci ve yüksek ısı direnci göstererek kendini ispatladı.

Yeni nesil reaktörlerde yanma verimliliğinin artması için sıcaklığın 400 – 450 oC olması gerekiyor ve bu durum daha fazla miktarda hidrojen açığa çıkması anlamına geliyor. Hidrojen miktarının artması yakıt çubukların daha hızlı deforme olmasına yol açacağından, geliştirilen TiN kaplamalar bu problem için muhteşem bir çözüm olarak ortaya çıkmış durumda.

Paylaşır mısınız?
Ömer Acar
Metalürji ve Malzeme Mühendisi, Kalite Kontrol/Kalite Güvence Mühendisi

Düşünceleriniz Nedir?

Lütfen yorumunuzu buraya yazınız.
Lütfen isminizi buraya yazını.