Отдел газостатических и плазменных технологий

Фотоснимок

Основным направлением работ отдела является разработка и исследование процессов, технологий и материалов для компактирования и иммобилизации радиоактивных отходов (РАО).

В отделе ведутся научно-исследовательские работы по физическому обоснованию и разработке технологий иммобилизации (включение в защитную форму) радиоактивных отходов. В основе разрабатываемых технологий создания защитных материалов применяются процессы спекания порошковых материалов, в том числе и спекания под давлением (горячее прессование, горячее изостатическое прессование). Использование данных технологий позволяет получать защитные керамические материалы, характеризующиеся высокой радиационной и коррозионной стойкостью.

Отдел состоит из 5 групп, в составе которых работают 14 научных сотрудников, включая 1 доктора и 3 кандидатов наук.

Результаты работ опубликованы в более чем 500 печатных работах, с более детальным списком которых можно ознакомиться здесь.

Основные направления работы

Основные направления деятельности:

– разработка научных основ методов и процессов компактирования и иммобилизации радиоактивных отходов в защитные керамические и стеклокерамические формы для временного хранения и окончательного геологического захоронения;

– материаловедческие исследования по изготовлению высокопрочной и радиационно-стойкой керамики функционального назначения.

Исследовательские программы:

– «Ведомственный заказ НАН Украины на проведение научных исследований по атомной науке и технике ННЦ ХФТИ»;

– целевая комплексная программа научных исследований НАН Украины «Научно-техническое сопровождение развития ядерной энергетики и применения радиационных технологий в отраслях экономики»;

– целевая комплексная программа научных исследований НАН Украины «Научное обеспечение развития ядерно-энергетического комплекса и перспективных ядерных технологий»;

– целевая комплексная программа научных исследований НАН Украины «Ядерные и радиационные технологии для энергетического сектора и общественных потребностей».

Основные достижения

В рамках совместных исследований с Аргоннской национальной лаборатории (США) разработан процесс изготовления фосфатной керамики состава KMgPO4 · 6H2O для иммобилизации радиоактивных отходов. Проведён комплекс испытаний полученных материалов на прочность, коррозионную и радиационную стойкость и получены положительные результаты. По результатам работ опубликованы статьи в ведущих зарубежных журналах: «Journal of Nuclear Materials» и «Journal of Hazardous Meterials» (Elsevier).

Разработан метод получения трансформационно-упрочнённой керамики на основе Al2O3 и ZrO2 с использованием нанопорошков в качестве исходных компонентов, а также специальных диспергирующих добавок. Разработанная технология позволяет получать тонкостенные изделия, в том числе сложной конфигурации и равномерным распределением свойств по всему объёму образца. Полученная керамика характеризуется высокими показателями предела прочности при изгибе и трещиностойкости, не уступающими импортным аналогам. Результаты работ опубликованы в ведущих журналах «Ceramics International» (Elsevier).

С целью создания устойчивого к авариям толерантного топлива - Accident tolerant fuel (ATF) разработана технология получения дисперсно-упрочнённой композитной керамики на основе SiC. Методами высокоскоростного горячего прессования мелкодисперсного порошка SiC, легированного металлическим Cr, изготовлена высокоплотная SiC–керамика с улучшенными механическими и коррозионными свойствами.

Международные проекты:

– Партнёрский проект в рамках программы IPP (Contract ANL–T2–0248UA, УНТЦ P–547) «Новые защитные барьеры для содержания и иммобилизации радиоактивных материалов», партнёры: Аргоннская национальная лаборатория (АНЛ) и компания «Boron Products LLC» (США), 2012 – 2014 гг.

– Партнёрский проект (УНТЦ P–680) «Chemically Bonded Silico-Phosphate Sprayable Ceramics». Партнёр: компания «Ceramicoat International Inc.» (Канада), 2016 г.

За последние годы возникло новое направление исследований, связанное с рабочим планом Евратома общей европейской программы по обращению с радиоактивными отходами и их захоронением (European Joint Programme in Radioactive Waste Management and Disposal – EJP1), а именно, изучение поведения уплотнённой бентонитовой глины (как буферного материала в системе геологического удаления РАО) при различных температурах (100 – 150°С). Участие команды ИФТТМТ в консорциуме исполнителей этой программы одобрено и предусмотрено финансирование на 2019 – 2024 годы.

Совместно с Аргоннской Национальной лабораторией и фирмой «Superior Graphite» (США), разработана, изготовлена и запущена в эксплуатацию установка для реализации технологического процесса консолидации порошковых пресс-форм керамик различного состава как в защитной среде инертных газов, так и в вакууме (≥ 1,0 Па).

Приём установки электроконсолидации в наладку

Приём установки электроконсолидации в наладку в рамках проекта УНТЦ Р–154, 2009 год.

Слева направо:

С.Ю. Саенко (руководитель работ от ННЦ ХФТИ),

доктор Sami Gopalsami (коллаборатор от АНЛ, США),

М.В. Савоськин (Донецкий физико-технический институт).

Получение функциональных и композитных наноструктурных материалов:

– исследования и методические рекомендации по получению ультрадисперсных, в том числе и наноразмерных, порошков для изготовления из них функциональной керамики на основе ZrO2, Al2O3, MgO, Y2O3 и композитов на их основе;

– исследования методов формования керамических заготовок из ультрадисперсных порошков методами шликерного литья и прессования;

– изготовление керамических изделий, различного назначения и конфигурации, не уступающих по своим физико-механическим свойствам зарубежным аналогам.

Оборудование для изготовления и спекания высокопрочной оксидной керамики.

Структура разработанной керамики
Изоляция РАО - разработка новых защитных радиационно- и коррозионностойких керамических материалов

Для надёжного хранения РАО разработана защитная оксидная керамика на основе Al2O3, модифицированная мелкодисперсными частицами стабилизированного оксида циркония ZrO2(Y2O3). Создание мелкодисперсной структуры с равномерно распределённой добавкой ZrO2(Y2O3) в структуре Al2O3 позволило улучшить прочностные характеристики керамики:

– трещиностойкость - на 30%;

– прочность на изгиб - на 25%;

– твёрдость - на 10%.

Изготовлена опытная партия защитных контейнеров для ГК Украинское государственное объединение «Радон».

Структура разработанной керамики Структура разработанной керамики
Структура разработанной керамики Структура разработанной керамики

В отделе выполняются работы по синтезу и спеканию тугоплавких керамических соединений в вакууме при высоких температурах (до 2500°С) со скоростью нагрева до 400°С/мин методом высокоскоростного горячего прессования (ВГП). На рисунке показана схема метода ВГП, установка ВГП, изделия на основе карбида кремния (SiC), микроструктура (SEM) SiC керамики, полученной методом ВГП.

Структура отдела

– Группа организационно-технического обеспечения.

Группа занимается материально-техническим и организационным обеспечением работы отдела.

– Группа разработки экспериментального оборудования.

Работа группы направлена на проведение конструкторских работ по изготовлению оснастки и оборудования и исследований в области капсулирования отработанного ядерного топлива и радиоактивных отходов с использованием керамических защитных материалов, а также математического моделирования теплофизических процессов миграции радионуклидов в геологическом массиве зоны захоронения РАО.

– Группа технологических исследований процессов получения материалов.

В группе ведутся материаловедческие исследования ультрадисперсных порошков и керамических материалов оксидного состава для изоляции РАО в атомной энергетике и создания новых функциональных керамик для других отраслей промышленности, отработка различных методов формирования и спекания керамических опытных образцов, проведение их аналитических исследований и испытаний.

– Группа разработки и исследования свойств керамических материалов.

Основными направлениями работы группы являются разработка радиационно- и коррозионностойких керамических и стеклокерамических материалов для кондиционирования РАО; проведение исследований структуры, состава и физико-механических свойств компаундов, полученных с использованием современных методов формовки, спекания, горячего прессования и горячего изостатического прессования.

– Группа изучения влияния высоких давлений на материалы.

В задачи группы входит исследование влияния высоких давлений на физико-механические и эксплуатационные свойства различных материалов, техническое обеспечение работы установок газостатического оборудования, горячего вакуумного прессования, а также термообработки в различных средах (вакуум, воздух, инертные газы).

Публикации

1.S.Y. Sayenko, V.A. Shkuropatenko, A.V. Zykova, G.O. Kholomeev, M. Sawczak, M. Kmiec. Hot Isostatic Pressing of Potassium-magnesium-phosphate Materials for Cesium Immobilization. Functional Materials. 2018, v. 25, No. 2, p. 258 – 266.
2.S.Y. Sayenko, V.A. Shkuropatenko, A.V. Zykova, K.A. Ulybkina, K.V. Lobach, O.V. Pylypenko. Corrosion and Radiation Resistance of Potassium Magnesium Phosphate Matrices. Problems of Atomic Science and Technology. Series «Physics of Radiation Effect and Radiation Materials Science». 2018, No. 5(117), p. 75 – 81.
3.H. Ghaemi, S. Reichert, A. Krupa, M. Sawczak, A. Zykova, K. Lobach, S. Sayenko, Y. Svitlychniy. Zirconia Ceramics with Additions of Alumina for Advanced Tribological and Biomedical Applications. Ceramics International. 2017, No. 443, p. 9746 – 9752.
4.E.P. Bereznyak, N.P. Dikiy, Yu.V. Lyashko, E.P. Medvedeva, D.V. Medvedev, S.Y. Saenko, V.L. Uvarov, I.D. Fedorets, Y.S. Hodyreva. The Effect of Gamma Radiation on Structure of Struvite-K. Problems of Atomic Science and Technology. Series «Nuclear Physics Investigations». 2017, No. 6(112), p. 122 – 125.
5.S.Yu. Sayenko, Arun S. Wagh, V.A. Shkuropatenko, G.O. Kholomeev, A.V. Zykova. Cesium Immobilization into Potassium Magnesium Phosphate Matrix. Problems of Atomic Science and Technology. Series «Physics of Radiation Effect and Radiation Materials Science». 2017, No. 4(110), p. 65 – 73.
6.Arun S. Wagh, S.Yu. Sayenko, V.A. Shkuropatenko, R.V. Tarasov, M.P. Dykiy, Y.O. Svitlychniy, V.D. Virych, E.A. Ulybkina. Experimental Study on Cesium Immobilization in Struvite Structure. Journal of Hazardous Materials. 2016, v. 302, p. 241 – 249.
7.A.S. Wagh, A.N. Dovbnya, S.Yu. Sayenko, V.A. Shkuropatenko, R.V. Tarasov, A.V. Rybka, A.A. Zakharchenko. Durability and Shielding Performance of Borated Ceramicrete Coatings in Beta and Gamma Radiation Fields. Journal of Nuclear Materials. 2015, v. 462, p. 165 – 172.
8.S.Yu. Sayenko. Obtaining of Strontium Doped Fluorapatite Powders. Functional Materials. 2015, v. 22, No. 1, p. 263 – 268.
9.С.Ю. Саенко. Изоляция радиоактивных отходов с использованием горячего изостатического прессования. Ядерна та радіаційна безпека. 2015, №1(65), с. 41 – 48.
10.A. Zykova, B. Warcholinski, A. Gilewicz, O. Lupicka, J. Rochowicz, S. Sayenko, Y. Svitlychniy. Effect of Zirconia Stabilized by Yttria Additions on the Structure and Mechanical Properties of Alumina Based Ceramics. Functional Materials. 2014, v. 21, No. 4, p. 403 – 408.

Коллектив

САЕНКО СЕРГЕЙ ЮРЬЕВИЧ

САЕНКО СЕРГЕЙ ЮРЬЕВИЧ

Начальник отдела

Доктор технических наук по специальности 21.06.01 - «Экологическая безопасность»

Старший научный сотрудник

тел. +38(057) 349-10-47

факс. +38(057) 335-39-05

e-mail: sayenko@kipt.kharkov.ua

Область научных интересов:

разработка новых радиационно- и коррозионно-стойких материалов и технологий их изготовления для изоляции радиоактивных отходов. В последние пять лет основная деятельность сосредоточена на следующем: проведение исследований в области капсулирования отработанного ядерного топлива и радиоактивных отходов с использованием стекло-керамических защитных материалов; научное и административное руководство научным отделом для выполнения работ по государственным программам по развитию атомной науки и техники.

Деятельность за пределами ННЦ ХФТИ:

– входит в состав редколлегии журнала «Ядерная и радиационная безопасность»;

– является участником платформы Евратома по изоляции и геологическому захоронению радиоактивных отходов.

ШКУРОПАТЕНКО ВЛАДИМИР АНТОНОВИЧ

ШКУРОПАТЕНКО ВЛАДИМИР АНТОНОВИЧ

Старший научный сотрудник

Кандидат физико-математических наук по специальности 01.04.07 - «Физика твёрдого тела»

Старший исследователь

тел. +38(057) 335-39-05

e-mail: shkuropatenko@kipt.kharkov.ua

Область научных интересов:

материаловедческие исследования и отработки технологических процессов получения керамических минералоподобных материалов (апатиты, пирохлор, циркон, NZP-керамика и другие), которые могут применяться в качестве матрицы для безопасного хранения и геологического захоронения радиоактивных отходов.

ЗЫКОВА АННА ВЕНИАМИНОВНА

ЗЫКОВА АННА ВЕНИАМИНОВНА

Старший научный сотрудник

Кандидат физико-математических наук по специальности 01.04.07 - «Физика твёрдого тела»

тел. +38(057) 335-39-05

e-mail: zykova.anya@gmail.com

Область научных интересов:

исследования по формированию наноструктурных керамических материалов и покрытий по современным технологиям. Исследование структуры и свойств матричных изоляционных материалов для иммобилизации радиоактивных отходов в атомной энергетике и создания новых функциональных материалов для других отраслей промышленности. Разработка оптимальных режимов модификации наноструктурированных материалов и поверхностей для конструкционного, трибологического и биомедицинского применения. Изучение структуры и свойств керамических материалов с применением современных аналитических методов.

Деятельность за пределами ННЦ ХФТИ:

– входит в состав редколлегии журнала «Scientific Journal of Gdynia Maritime University» (Gdynia, Poland).

СВЕТЛИЧНЫЙ ЕВГЕНИЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

СВЕТЛИЧНЫЙ ЕВГЕНИЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

Старший научный сотрудник

Кандидат технических наук по специальности 05.17.11 - «Технология тугоплавких неметаллических материалов»

тел. +38(057) 335-39-05

Область научных интересов:

разработка и материаловедческие исследования керамических материалов оксидного состава для изоляции РАО в атомной энергетике и создания новых функциональных керамик для других отраслей промышленности, отработка различных методов формирования и спекания керамических опытных образцов, проведение их аналитических исследований и испытаний.

ХОЛОМЕЕВ ГЕННАДИЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

ХОЛОМЕЕВ ГЕННАДИЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

Научный сотрудник

тел. +38(057) 335-39-05

Область научных интересов:

разработка материалов, технологий и оборудования для изоляции радиоактивных отходов. Проведение исследований в области капсулирования отработанного ядерного топлива и радиоактивных отходов с использованием керамических защитных материалов. Математическое моделирование теплофизических процессов и процессов миграции радионуклидов в геологическом массиве зоны захоронения радиоактивных отходов.