俄罗斯科学家提出用于核反应堆的新材料

（神秘的地球uux.cn报道）据俄罗斯卫星通讯社：国立核研究大学-莫斯科工程物理学院的科学家们研究了使用同位素改性钼替代可制造燃料元件的锆合金的可能性。科学家们还证明了以这种方式能够提高核反应堆的安全性。研究结果被发表在《化学工程研究与设计》杂志上。

核燃料与人类使用的其他类型的燃料有着根本上的区别，因为其应用极其危险和复杂。它被用在核反应堆中，形式为几厘米大小的二氧化铀芯块，被放置在密封的燃料元件内。

对元件包壳有特殊的要求：它们必须具有良好的耐腐蚀性、耐侵蚀性和耐热性，还不影响反应堆中子吸收的特性。

目前，俄罗斯大部分商业核电站壳体的主要材料是锆合金。这是由于它们在水中具有良好的耐腐蚀性和热中子低俘获截面（指的是说明基本粒子（中子）与原子核相互作用可能性的材料性能）。俘获截面越低，中子影响材料性能的可能性就越小。

然而，事实证明，锆合金也有明显的缺点。特别是，这种合金与水积极反应并产生热量，产生氢气并加速燃料棒涂层的降解。这是由于在高于700℃的温度下进行蒸汽锆反应的结果，这在水冷式核电站发生事故时是非常危险的。正是这一因素被宣布为日本"福岛"核电站爆炸的主要原因。

因此，科学家们一直在讨论用难熔金属钼代替锆合金的可能性。与锆一样，它具有良好的耐腐蚀性，同时具有比锆更高的导热性。

然而，使用钼也伴随着一定的困难。比如，这需要增加浓缩铀的程度，导致过程成本显著增加。

这个问题可以通过改变气体离心机级联中钼同位素的天然组成来解决，即除去其他7个同位素，只留下一个最重的同位素（Mo-100），它的中子俘获截面实际上与锆俘获截面一致。

利用同位素离心分离技术，还可以对钼同位素混合物进行改性，使其在合成体中的俘获截面接近甚至小于锆的截面。

国立核研究大学-莫斯科工程物理学院分子物理教研室教授瓦连京・波里谢维奇说：“这项研究使我们获取到所有必要的信息，在俄罗斯现有的气体离心机分离非铀同位素技术基础上，为大规模生产同位素改性钼设计分离设备。”

科学家们在对所获生成物中的中子俘获截面不同要求的条件下，比较了分离钼同位素的几种级联方案的有效性。这项研究是在俄罗斯基础研究基金会的支持下，在国立核研究大学-莫斯科工程物理学院与中国清华大学工程物理系合作框架下进行的。

结果表明，最有效的分离方案可以使用单一的矩形分段级联或双矩形分段级联实现。这取决于对所获得的同位素改性的钼的中子俘获截面的设定。