Skip to main content

Nastasi erhält ein Stipendium für die Entwicklung eines Metall-Keramik-Verbundwerkstoffs für Kernreaktoren

Mike Nastasi, Direktor des Nebraska Center for Energy Sciences Research an der Universität von Nebraska-Lincoln, ließ eines von 13 Projekten vor kurzem vom US-Energieministerium auswählen, um die Sicherheit, Leistung und Kostenwettbewerbsfähigkeit von Kernreaktoren zu verbessern.

Nastasi erhielt ein DOE-Stipendium in Höhe von 980.000 USD für das Projekt zur Erforschung der Entwicklung fortschrittlicher Metall- und Keramik-Verbundwerkstoffe, die zu einer sichereren und effizienteren Stromerzeugung in fortschrittlichen Kernreaktoren führen könnten. Er wird mit Forschern des MIT und von Texas A & M zusammenarbeiten, um das Material zu entwickeln.

"Wir werden ein interessantes Merkmal verwenden, das wir bei meinem Aufenthalt in Los Alamos (Nationales Labor) beobachtet haben, wo die Grenzfläche zwischen zwei verschiedenen Arten von Materialien tatsächlich eine hervorragende Senke zum Absorbieren von Strahlungsdefekten darstellt", sagte Nastasi. "Wenn sich ein Material in einem Reaktor befindet, ein Brennstoffstift, Uranoxid und die Brennstoffhülle - das Strukturmaterial, das den Stift hält -, muss es mechanische Eigenschaften haben und darf in der Umgebung der erzeugenden Energie nicht brechen Durch den Spaltungsprozess entstehen energetische Teilchen - Neutronen -, die die Reaktion aufrechterhalten und auch die örtliche Atomanordnung stören, wodurch das Material beschädigt und spröde wird, sodass es nicht die gleichen mechanischen Eigenschaften aufweist, die es zu Beginn hatte. "

Wenn der Stift seine mechanischen Fähigkeiten verliert, ein katastrophales Versagen in dem Reaktor auftreten können, sagte Nastasi. Der Brennstab muss in der Lage sein, seine mechanische Integrität während seiner gesamten Lebensdauer aufrechtzuerhalten.

"Das derzeit in vielen Reaktoren und im Reaktor in Fukushima (Japan) verwendete Material besteht aus einer Zirkoniumlegierung. Zirkonium ist thermodynamisch sehr reaktiv. In Gegenwart von Wärme und Wasser reagiert es und bildet Zirkoniumoxid. " er sagte. "Wasserstoff, ein explosives Gas, kann entstehen. Die Explosionen im Kernreaktor von Fukushima im März 2011 waren darauf zurückzuführen, dass die Brennstäbe zu heiß wurden, und als Wasser hinzugefügt wurde, um sie abzukühlen, wurde Dampf erzeugt, aus dem Zirkoniumoxid, Wasserstoff, das im Reaktor gesammelt wurde Gebäude und explodierte. "

Die Idee von Nastasi ist ein amorphes Keramikmaterial - amorph bedeutet, dass die Atome in unregelmäßiger Weise im Material angeordnet sind, wie zum Beispiel in Fensterglas; Es wird eine Eigenschaft haben, von der sie glauben, dass sie es dem Schaden durch den Neutronenbeschuss ermöglicht, sich wieder in die ursprüngliche Konfiguration zu versetzen. Als Verbundwerkstoff kommt ein Silizium-Kohlenstoff-Sauerstoff-Gemisch mit Eisen in Kontakt, und die Grenzfläche zwischen Keramik und Eisen ist eine ideale Senke für Strahlenschäden, sagte Nastasi. Wenn das amorphe Material den Schaden nicht heilt, hofft man, dass die Grenzfläche zwischen dem Eisen und der amorphen Keramik eine weitere Schutzschicht bietet.

Nastasi kam im Januar zu UNL, um das Energieforschungszentrum zu leiten. Er ist auch Elmer Koch Professor für Maschinenbau und Werkstofftechnik. Das 2006 gegründete Zentrum ermöglicht die gemeinsame Erforschung erneuerbarer heimischer Energiequellen und der Energieeffizienz, um wirtschaftliche Chancen für Nebraska zu schaffen. Es ist eine Partnerschaft zwischen UNL und Nebraska Public Power District und anderen Industriepartnern.

Dies ist Nastasis erstes Stipendium bei UNL. Zuvor arbeitete er beim Energieministerium des Los Alamos National Laboratory in New Mexico. Er konzentriert sich auf die Entwicklung von Materialien für extreme Strahlungsumgebungen. Das dreijährige Projekt wird ein Labor und einen Postdoktoranden finanzieren. Das MIT wird die Modellierung übernehmen und UNL und Texas A & M werden die Experimente durchführen.

"In Nebraska wird ein erheblicher Teil der Energie durch Kernenergie erzeugt", sagte Nastasi. "Ich glaube, dass Kernenergie immer Teil des Energieportfolios sein wird: Sonne, Wind, erneuerbare Energien sind intermittierende Energieformen. Das Material, das wir zu entwickeln versuchen, ist für fortschrittliche Kernreaktoren gedacht, die mehr Energie aus dem Brennstoff gewinnen sollen Derzeit gibt es wirklich kein Material, mit dem die Entwicklungsziele moderner Kernreaktoren erreicht werden könnten.

"Und letztendlich wird es sicherer."

Energieminister Steven Chu sagte: "(Diese) Auszeichnungen werden dazu beitragen, unsere zukünftigen Wissenschaftler und Ingenieure im Bereich der Kernenergie auszubilden und auszubilden und gleichzeitig die technologischen Innovationen voranzutreiben, die wir brauchen, um die Wettbewerbsfähigkeit der amerikanischen Atomindustrie im 21. Jahrhundert sicherzustellen."

Die 13 Projekte in den USA repräsentieren eine Investition von 10, 9 Millionen US-Dollar.

Zur Verfügung gestellt von der University of Nebraska-Lincoln