6.11  Materiály jaderných reaktorů

Při realizaci každého projektu vždy vyvstane problém materiálů. Zvláště v jaderné technice je souhrn požadavků kladených na materiály značně široký. V aktivních zónách reaktorů jsou poměrně vysoké teploty se složitým rozložením v objemu aktivní zóny. Proto jak palivo, tak i další materiály - moderátor, chladivo, konstrukční materiály - musí vyhovovat následujícím požadavkům při vysokých teplotách: zachování pevnosti a tvaru, chemická stálost, odolnost proti erozi a korozi, dobrá tepelná vodivost. Navíc však materiály jaderných reaktorů musí vyhovovat dalším požadavkům, vyplývajícím ze specifiky procesů v aktivní zóně:

1. Musí mít slabou absorpci neutronů. Z tohoto důvodu nelze např. použít nerezavějící ocel. Dále v použitých materiálech nesmí být ani nejmenší příměsi silných absorbátorů neutronů. Např. grafit používaný v elektrotechnice nelze v jaderné technice použít, protože obsahuje stopy bóru, který silně absorbuje neutrony. Používané materiály tedy musí být extrémně čisté.
2. Radiační stabilita materiálů. Materiály jaderných reaktorů jsou vystaveny silnému radioaktivnímu záření (neutrony, gama-kvanta, elektrony). Toto záření může vést ke změnám vlastností materiálů. Částice záření, které procházejí látkou, vyrážejí atomy z jejich míst v krystalové mřížce a tak vznikají vakance, intersticiální atomy a dislokace. Díky těmto jevům pak dochází k řadě efektů, které je třeba eliminovat.

Které materiály nakonec vlastně přicházejí v úvahu? Jsou to hliník a jeho slitiny, které mohou být používány pouze za nízkých teplot v prostředí vody, hořčík a jeho slitiny, které se používají pro plynem chlazené reaktory, zirkonium a jeho slitiny, které patří k nejpoužívanějším materiálům na pokrytí palivových článků lehkovodních reaktorů a jejich výhodou je nízký účinný průřez pro záchyt, dostatečně vysoká pevnost, dobré korozní vlastnosti, které dovolují jejich použití až do teploty 500°C. Austenitické oceli a slitiny na bázi niklu jsou materiály, které byly vyvinuty pro použití za extrémně vysokých teplot (až 700°C).