Studium vlivu povrchové polykrystalické diamantové vrstvy na korozi Zr slitin v prostředí jaderných reaktorů

Abstract

Táto práca je zameraná na ochranu Zr palivových trubiek pred koróziou v jadrových reaktoroch pri pracovných i havarijných teplotách, pokrytím povrchu polykryštalickou diamantovou vrstvou chemickou depozíciou z plynnej fáze. Polykryštalická diamantová vrstva (PCD) zabraňuje priamemu kontaktu korózného prostredia (prehriata para) s trubkou. Ďalej uhlík z PCD vrstvy preniká do povrchu Zr trubky, čím znižuje absorbciu vodíka a kyslíka povrchovou ZrO2 vrstvou a ich interakcie so Zr zliatinou. Ineterakcia kyslíkových a vodíkových iónov s povrchom Zr zliatiny je hlavnou príčinou korózie, ktorá vedie k degradácii trubky. Taktiež diamantová vrstva mení elektrické vastnosti zoxidovanej vrstvy ZrO2, čím vytvára nepriaznivejšie podmienky oxidácie. Nanesením PCD vrstvy dokážeme predĺžiť životnosť palivových trubiek a zvýšiť bezpečnosť pri haváriách.

This work is focused on protecting zirconium fuel cladding against corrosion at working and emergency temperature in nuclear reactor by coating the surface with a polycrystalline diamond layer by chemical deposition from the gas phase. Polycrystalline diamond layer (PCD) protect the alloy surface from directly interacting with corrosive enviroment (hot vapour). Further, the carbon atoms penetrate into the Zr alloy surface from the PCD layer, thereby carbon decreasing oxygen and hydrogen uptake by the surface ZrO2 layer and their interaction with the Zr alloy. The interaction of oxygen and hydrogen ions with Zr alloy surface is the main cause of corrosion that leads to degradation of the tube. Accordingly, PCD layer changes the electrical properities of the oxidized layer ZrO2 and creates worst conditions for oxidation. By applying the PCD layer, we can extend the lifetime of fuel alloy and raise nuclear safety.