ПІДВИЩЕННЯ НАДІЙНОСТІ ЕНЕРГЕТИЧНОГО ОБЛАДНАННЯ АЕС ЗАСОБАМИ ПОВЕРХНЕВОЇ ІНЖЕНЕРІЇ В УМОВАХ ЕКОЛОГІЧНИХ ВИКЛИКІВ
DOI:
https://doi.org/10.20998/2078-5364.2025.3.03Ключові слова:
атомна енергетика, екологічна безпека, захисні покриття, корозія, поверхнева інженерія, техногенні ризики, надійність обладнанняАнотація
У роботі досліджено актуальну проблему підвищення надійності енергетичного обладнання атомних електростанцій (АЕС) шляхом застосування методів поверхневої інженерії в умовах екологічних викликів. Атомна енергетика відіграє ключову роль у забезпеченні стабільного енергопостачання, однак її ефективна експлуатація ускладнюється деградацією матеріалів обладнання через корозію, термічні та радіаційні впливи. Це створює ризики втрати герметичності бар’єрних систем, що може призвести до витоку радіонуклідів, таких як 133Xe, 131I, 144Ce, та інших продуктів ядерного ділення, спричиняючи екологічні загрози. Дослідження акцентує увагу на застосуванні захисних покриттів, зокрема хромових, алюмінієвих і титанових, для зниження корозійних процесів, подовження терміну служби критичних елементів (трубопроводів, теплообмінників, оболонок твелів) та зменшення обсягів радіоактивних відходів.
У статті проаналізовано основні техногенні ризики, пов’язані з деградацією обладнання першого контуру реакторів типу ВВЕР, та розглянуто вплив корозії, ерозії та радіаційного ушкодження на екологічну безпеку. Показано, що сучасні методи поверхневої інженерії, такі як електрохімічне осадження та плазмова обробка, дозволяють створювати ефективні захисні шари, які знижують інтенсивність міжкристалітної корозії та гідридного руйнування. Інтеграція захисних покриттів із системами моніторингу, зокрема імпедансною спектроскопією, забезпечує раннє виявлення дефектів, зменшуючи ймовірність аварій.
Особлива увага приділена аналізу наслідків аварій на Чорнобильській та Фукусімській АЕС, які підкреслили критичну роль надійності обладнання в запобіганні екологічним катастрофам. Застосування захисних покриттів сприяє не лише підвищенню безпеки, але й зниженню екологічного навантаження шляхом скорочення обсягів відходів і ресурсів, необхідних для ремонту та утилізації.
Метою роботи є обґрунтування доцільності використання інноваційних покриттів для підвищення експлуатаційної надійності та екологічної безпеки АЕС. Дослідження підтверджує, що впровадження таких технологій відповідає принципам сталого розвитку, знижуючи техногенне навантаження та сприяючи безпечному енергетичному переходу.
Посилання
Lipka J., Slugen V., Toth I. et al. Phase Analysis of Corrosion Products from Nuclear Power Plants. Hyperfine Interactions. 2002. No. 139. P. 501–511. DOI: https://doi.org/10.1023/A:1021210425602.
Aszódi A., Biró B., Adorján L. et al. The effect of the future of nuclear energy on the decarbonization pathways and continuous supply of electricity in the European Union. Nuclear Engineering and Design. 2023. No. 415, Article 112688. DOI: https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2023.112688.
Alwaeli M., Mannheim V. Investigation into the Current State of Nuclear Energy and Nuclear Waste Management – A State-of-the-Art Review. Energies. 2022. No. 15(12), Article 4275. DOI: https://doi.org/10.3390/en15124275.
Baja B., Varga K., Szabó N. A. et al. Long-term trends in the corrosion state and surface properties of the stainless steel tubes of steam generators decontaminated chemically in VVER-type nuclear reactors. Corrosion Science. 2009. No. 51(12). P. 2831–2839. DOI: https://doi.org/10.1016/j.corsci.2009.08.007.
Shtefan V. V., Kanunnikova N. A. Oxidation of AISI 304 steel in Al- and Ti- containing solutions. Protection of Metals and Physical Chemistry of Surfaces. 2020. No. 56.
P. 379. DOI: https://doi.org/10.1134/S2070205120020239.
Shtefan V., Kanunnikova N., Zuyok V. Comparative evaluation of microstructure and electrochemical, high-temperature corrosion rates of titanium- and aluminum-modified black chromium coatings on AISI 304 stainless steel. Surface and Coatings Technology. 2025. No. 497, Article 131706. DOI: https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2024.131706.
Skalozubov V., Melnik S., Vashchenko V. et al. The method of express analysis of nuclear and ecological safety during the modernization of nuclear fuel. Journal of Geology, Geography and Geoecology. 2023. No. 32(2). P. 388–395. DOI: https://doi.org/10.15421/112335.
Lin R. T., Boonhat H., Lin Y. Y. et al. Health Effects of Occupational and Environmental Exposures to Nuclear Power Plants: A Meta-Analysis and Meta-Regression. Cur- rent Environmental Health Reports. 2024. No. 11. P. 329–339. DOI: https://doi.org/10.1007/s40572-024-00453-8.
Skalozubov V., Vierinov O., Kanivets A. et al. Risk-informed method for qualifying strategies for operation control of metal of safety related systems of nuclear power plants. Proceedings of Odessa Polytechnic University. 2023. No. 2(68). DOI: https://doi.org/10.15276/opu.2.68.2023.05.
Luhar I., Luhar S., Abdullah M. M. A. B., Sandu A. V., Vizureanu P., Razak R. A., Burduhos-Nergis D. D., Imjai T. Solidification/Stabilization Technology for Radioactive Wastes Using Cement: An Appraisal. Materials. 2023. Vol. 16, iss. 3, Article 954. DOI: https://doi.org/10.3390/ma16030954.
Slugeň V. Defence in Depth of VVER-440 Reactors. In: Safety of VVER-440 Reactors. 2011. P. 5–15. DOI: https://doi.org/10.1007/978-1-84996-420-3_3.
Klingelhöfer D., Braun M., Oremek G. M. et al. Global research on nuclear energy in the context of health and environmental risks, considering economic interests. WIREs Energy Environ. 2024. No. 13. e497. DOI: https://doi.org/10.1002/wene.497.
Ye Q.-Z. Safety and effective developing nuclear power to realize green and low- carbon development. Advances in Climate Change Research. 2016. No. 7(1–2). P. 10–16. DOI: https://doi.org/10.1016/j.accre.2016.06.005.
Khomiak E., Trishch R., Nazarko J. et al. Method of Quality Control of Nuclear Reactor Element Tightness to Improve Environmental Safety. Energies. 2025. No. 18, Article 2172. DOI: https://doi.org/10.3390/en18092172.
Brynk T., Perosanz Lopez F. J., McLennan A. Increase of nuclear installations safety by better understanding of materials performance and new testing techniques development (MEACTOS, INCEFA-SCALE, and FRACTESUS H2020 projects). EPJ Nuclear Science and Technology. 2022. № 8. 42. DOI: https://doi.org/10.1051/epjn/2022033.
Mondal D., Garai T., Roy G. C., Alam S. Evaluating the nuclear power plant safety system under neutrosophic environment. Neutrosophic Sets and Systems. 2024. No. 72(1).
Korduba I., Patlashenko Z., Zhukova O. Prospects of Technological Improvement of Nuclear and Environmental Safety of World Energy. Open Journal of Ecology. 2023. No. 13. P. 536–548. DOI: https://doi.org/10.4236/oje.2023.138033.
Höffken J., Ramana M. V. Nuclear power and environmental injustice. WIREs Energy Environ. 2024. No. 13. e498. DOI: https://doi.org/10.1002/wene.498.
Kravchenko V., Kozlov I., Vashchenko V. et al. Increasing the Efficiency and Level of Environmental Safety of Pro-Environmental City Heat Supply Technologies by Low Power Nuclear Plants. World Journal of Nuclear Science and Technology. 2024. No. 14. P. 107–117. DOI: https://doi.org/10.4236/wjnst.2024.142006.
