Pełnym powodzeniem zakończyły się prace prowadzone przez zespół reaktora MARIA, związane z badaniem materiałów konstrukcyjnych dla reaktorów czwartej generacji chłodzonych helem. Wykonana przez nich sonda ISHTAR (Irradiation System for High-Temperature Reactors) opuściła rdzeń reaktora, a znajdujące się w niej napromienione próbki zostały przekazane do dalszych badań.

We wtorek, 22 lutego 2022 r., reaktorowi technicy z Departamentu Eksploatacji Obiektów Jądrowych NCBJ rozcięli kapsułę, która wcześniej, przez kilka cykli, znajdowała się w rdzeniu MARII. Wyjęto z niej napromienione próbki grafitowe, na których wykonywane będą dalsze badania. Ta skomplikowana operacja została przeprowadzona za pomocą manipulatorów w tzw. komorze gorącej – specjalnym boksie znajdującym się obok basenu reaktora, oddzielonym od otoczenia grubą warstwą ciężkiego betonu i szkła ołowiowego. Konstrukcja sondy musiała nie tylko wytrzymać gradienty cieplne, ale też zapewnić, że kruche próbki grafitowe nie popękają w czasie wielomiesięcznego pobytu w rdzeniu reaktora.

„Zaprojektowaliśmy od zera, wykonaliśmy i z sukcesem napromieniliśmy kapsułę wysokotemperaturową ISHTAR, odwzorowującą warunki panujące w rdzeniu jednego z nowych typów reaktorów” – mówi mgr inż. Marek Migdal, kierownik zadania. „To w tej chwili wyjątkowe w skali europejskiej urządzenie, które umożliwia badanie zniszczeń materiałowych, pochodzących od temperatury 1000 ℃ i bardzo silnego promieniowania neutronowego”.

„Nasza kapsuła termostatyczna miała wielowarstwową budowę. Zgodnie z przewidywaniami, przekroczyliśmy granicę plastyczności w jej wewnętrznych elementach, co spowodowało ich wygięcie. Jednak specjalny rdzeń naszej konstrukcji sprawił, że nie wpłynęło to na delikatne "łódeczki", przeznaczone do dalszych testów odporności grafitu”– wyjaśnia inż. Anna Talarowska – jedna z konstruktorek urządzenia. „Doświadczenia z jej budowy i eksploatacji wykorzystujemy do kolejnych projektów, w tej chwili tworzymy kapsuły do badań dielektryków stosowanych w reaktorach termojądrowych”.

Obecnie, na świecie pracują trzy instalacje z reaktorami wysokotemperaturowymi HTGR: eksperymentalne – japoński HTTR i chiński HTR-10 oraz opracowany na podstawie tego drugiego, energetyczny prototyp HTR-PM. Technologia HTGR nadal wymaga badań, zwłaszcza związanych z rozwojem materiałów konstrukcyjnych. Wsparcie w tym zakresie oferują lekkowodne reaktory badawcze takie jak MARIA. Strumień neutronów w jej rdzeniu jest około trzydziestokrotnie większy, niż we wspomnianych powyżej prototypowych konstrukcjach. Powoduje to, że dzięki specjalnym kapsułom możemy dużo szybciej zaobserwować zniszczenia, jakie powstają w materiałach podczas wielu dekad pracy elektrowni jądrowych.

Kapsuła termostatyczna ISTHAR została zaprojektowana, wykonana i oddana do eksploatacji w NCBJ w ramach projektu GoHTR – „Przygotowanie instrumentów prawnych, organizacyjnych i technicznych do wdrażania reaktorów HTR”. Projekt z udziałem Ministerstwa Klimatu i Środowiska, NCBJ oraz Instytutu Chemii i Techniki Jądrowej jest realizowany w ramach Strategicznego Programu Badań Naukowych i Prac Rozwojowych – GOSPOSTRATEG współfinansowanego przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju.

Więcej informacji na temat uruchomienia sondy ISHTAR znajduje się w artykule: https://www.ncbj.gov.pl/aktualnosci/sonda-wysokotemperaturowa-rozpoczela-prace-rdzeniu-reaktora-maria