Трещины в ИТЭР

Наверное, уже многие видели, что запуск ИТЭР "отложили". Что же произошло?

Выявили утечку гелия из панелей тепловой защиты реактора. Не буду вдаваться в лирику и рассуждения о том, что проблемы при строительства больших проектов неизбежны и являются частью существования таких проектов. Но проблема, действительно, серьезная.

Как оказалось, произошло коррозионное растрескивание под напряжением (КРН), то есть сложилось три фактора: данный материал в данной среде разрушился под данными напряжениями.

Что я поняла из доклада: к стальному корпусу тепловой защиты приваривали трубы охлаждения, после чего всю конструкцию покрывали серебром. В процессе сварки конструкцию вело, а в процессе нанесения серебряного слоя адсорбировались ионы хлора. Всё вместе привело к растрескиванию.

Теперь разберемся подробнее и по шагам.

Тепловая защита в ИТЭР нужна для того, чтобы «отделить» горячую зону реактора от холодной. Это такая конструкция, которая изготовлена из однослойного стального листа марки SS304LN, к которому присоединяют трубки охлаждения, а по трубкам уже течет гелий при температуре 80К. Чтобы улучшить свойства отведения тепла, конструкцию с внешней и внутренней сторон покрывают серебром (у него самая лучшая теплопроводность и низкая степень черноты, то есть улучшено отведение тепла за счет излучения). На рисунке 1 изображены все части кусочка конструкции тепловой защиты. Лабиринтики – это, как раз, трубы охлаждения.

Дальше давайте посмотрим, как выглядят приваренные трубочки на поверхности и в разрезе - рисунок 2. На разрезе (cross section) представлена трубочка, которая приварена только с одной стороны. В конце, трубки привариваются по корпусу полностью и с двух сторон.

А теперь смотрим на микроструктурный анализ трещин, который представили в пресс- релизе ИТЭР. Я постаралась сопоставить рисунок из статьи с рисунком из пресс-релиза – рисунок 3.

Теперь давайте ознакомимся с процедурой нанесения серебра – таблица 1 . Здесь аж 14 шагов. Шаги 1-8 подготовительные. На третьем шаге появляется злосчастный хлор. Всю конструкцию промывают в соляной кислоте (HCl), чтобы очистить поверхность от всех возможных оксидов. Это очень сильная кислота, потому может убрать почти всю «грязь». Дальше идет непосредственно процедура нанесения покрытия – наносят никель (видимо, чтобы серебро лучше держалось), а потом уже серебро. Шаги 11-14 – это уже постобработка.

Таблица 1 -Процесс нанесения серебряного покрытия

Получается, что ионы хлора скапливались в уголках или «карманах» (как их назвали в ИТЭР) и не вымывались до конца. Сталь SS304LN, коррозионностойкая (или нержавейка), при доступе кислорода и наличия ионов хлора таковой не является. Характер разрушения в таком случае выглядит следующим образом: трещина распространяется межкристаллитно (то есть по границам кристалликов, из которых состоит сплав), выявляется наличие хлоридов железа. Я не видела анализа, но подозреваю, что это и определили инспекторы (в принципе, по фотографиям на межкристаллитное распространение трещины похоже).

Кто виноват и кто такой дурак вы спросите? 

Согласитесь, трудно себе представить, что между шагом 3 и шагом  9 останется хоть что-то от ионов хлора. К тому же, кратковременность процедуры промывки в хлорид-содержащих растворах такая маленькая, что количество хлоридов железа не должно было быть чем-то значительным. К тому же, эту процедуру проверяли на реакторе KSTAR  и проблем не возникло, как я понимаю. Потому, причиной также явилась и сложность ИТЭР, он крупнее KSTAR, а значит всю конструкцию ведет сильнее. Это привело к тому, что были превышены проектные напряжения, возникающие внутри материала. Сейчас принято решение достать три установленных секции и провести их ремонт. При сварке будущих компонентов учитывать, что необходимо лучше фиксировать конструкцию, чтобы не происходило запроектного изгибания стенок.

Да, проблема серьезная и сложная, но я думаю, с ней справятся, потому что опыт решения «нерешаемых» задач у команды ИТЭР большой.