حتى بداية عام 2018 كان هناك وفقاً لمعطيات وكالة الطاقة الذرية الدولية 448 مفاعلاً نووياً يعمل في العالم، وأكثر من 50 مفاعلاً قيد الإنشاء، مع العلم إن المفاعلات الأساسية لمحطات الطاقة النووية هي مفاعلات الماء المضغوط.
يشار إلى أن المواد الهيكلية الرئيسية لقضبان وقود هذه المفاعلات هي سبائك الزركونيوم التي يتم استخدامها بنجاح ضمن درجات حرارة تصل إلى 350 درجة مئوية.
ولدى تجاوز درجة حرارة الغلاف إلى أكثر من 800-900 درجة مئوية، على سبيل المثال في حال وقف عملية طرح الحرارة من المفاعل بشكل طارئ يتفاعل الزركونيوم مع بخار الماء ليتم تشكيل الهيدروجين المتفجر.
وفي هذا السياق أشار البروفسور بوريس كالين رئيس قسم المسائل الفيزيائية في علوم المواد التابع لجامعة "ميفي" قائلاً:
"من أجل تجنب تفاعل الزركونيوم مع البخار، يقترح العلماء طلاء سطح قضبان الوقود بالمواد التي تحمي الزركونيوم بشكل جيد من التفاعل مع البخار. والحديث يدور على وجه الخصوص عن الكروم. ولهذا قمنا بحل المشكلة العلمية والتقنية الخاصة باختيار التركيبة
وطلاء واقي الكروم على أجزاء من قضبان الوقود التي تصل طولها إلى 500 ملم. والنتيجة هي وجود تباطؤ كبير بتفاعل أكسدة الزركونيوم مع البخار عند درجة حرارة 1200 درجة مئوية".
وبحسب قول البروفسور بوريس فإن طريقة المعالجة بالأشعة الإيونية لقضبان الوقود تتطلب عملية صقل بالايونات لسطح القضبان لتنظيفها وتسويتها. بعد ذلك وبدون إحداث اضطراب في الفراغ في الأجهزة يتم رش السبائك على شكل طبقات كطلاء لسطح القضبان
بسماكة حتى 10 ميكرومتر، المثبتة باعتبارها أقطاب كهربائية في الصمامات المغناطيسية الالكترونية.
وبعد انتهاء هذه المرحلة من المعالجة أجرى العلماء في جامعة "ميفي" دراسات الكترونية مجهرية وأيونية على تكوينية وبنية وسماكة الطلاء. كما قام العلماء باختبار الطلاء على المتانة (لدى الاحتكاك مع قطع الزركونيوم) والأكسدة في الماء (ضمن درجات حرارة
350درجة وضغط ماء 160 ضغط جوي في غضون 72 ساعة) وفي البخار (لدى درجة حرارة 1200 درجة مئوية).
وفي هذا الإطار نوه البروفسور الروسي قائلاً: "لدى قيامنا بتكرار التجربة من خلال تغيير تكوينة الأقطاب الكهربائية والصمامات المغناطيسية الالكترونية وأنظمة المعالجة وتحليل نتائج التجارب، قمنا باختيار التركيبة المثلى للطلاء وتمكنا من منع أكسدة الغلاف
الخارجي لأنابيب الزركونيوم لدى درجة حرارة 1200 درجة مئوية في غضون 400 ثانية".
تم عرض نتائج هذه الدراسة في المؤتمر الدولي للمدارس السادس عشر "المواد الجديدة: الوقود النووي المتسامح" الذي عقد في جامعة "ميفي" بمبادرة من المدرسة العلمية ومختبر معالجة المواد بالأشعة الأيونية في قسم المسائل الفيزيائية وعلوم المواد.
