Металл из аварийного реактора: что скрывает сплав урана с железом ✎ экспресс

Оригинал: "Thermophysical and mechanical properties of UFe$$_2$$ fabricated by spark plasma sintering"
arXiv:2607.02918 · 2026-07-03 · arXiv non-exclusive · собственный разбор · 2 мин
Сплав урана и железа из разрушенной АЭС «Фукусима» оказался более мягким и теплопроводным, чем ожидалось.

📄 Показана версия «Просто» — «Подробно» пока не готова. Добавьте ★ в избранное, если хотите её ускорить.

Внутри разрушенных реакторов «Фукусимы» лежат сотни тонн оплавленного топлива — смесь урана, циркония, железа и продуктов деления. Эти обломки называют топливным дебрисом. Их предстоит извлечь, перевезти и надёжно упаковать на десятилетия. Но как поведёт себя эта гремучая смесь при нагреве, сжатии или случайном ударе? Чтобы ответить, нужны точные цифры, а не догадки.

Один из ключевых компонентов дебриса — соединение урана с железом UFe₂. Железа в реакторе много: из него сделаны трубопроводы, корпусные элементы, крепёж. При температуре свыше 2500 °C уран сплавился с железом в прочный интерметаллид. Исследователи из Японии создали почти чистый образец UFe₂ — с помощью дуговой плавки и искрового плазменного спекания — и прогнали его через серию испытаний. Результат удивил: при 306 K (около 33 °C) сплав проводит тепло как сталь — 10 Вт/(м·К), а к 1073 K (800 °C) его теплопроводность вырастает до 25 Вт/(м·К) — больше, чем у многих железных собратьев.

Для сравнения: теплопроводность чистого железа при 800 °C — около 35 Вт/(м·К). UFe₂ уступает, но обходит такие соединения, как Fe₂Zr и Fe₂B. Это значит, что куски дебриса с высоким содержанием урана будут остывать быстрее, чем ожидалось по старым моделям.

Механические тесты показали обратную картину: UFe₂ — податливый материал. Его модуль Юнга (жёсткость на растяжение) всего 69 ГПа — как у алюминиевых сплавов. Для сравнения: у чистого железа — около 210 ГПа. Твёрдость по Виккерсу — 5,6 ГПа, почти вдвое ниже, чем у Fe₂Zr и Fe₂B. На практике это означает, что инструмент для резки дебриса будет встречать меньшее сопротивление, а сам материал — меньше трескаться при термических ударах. Оба фактора критичны при дистанционном демонтаже.

Ирония ситуации: железо, добавленное в уран для прочности, в форме UFe₂ делает сплав более мягким. Природа ещё раз напоминает: свойства соединения не равны среднему от свойств его элементов.

Эти цифры лягут в основу компьютерных симуляций разборки реакторов. Инженеры смогут точнее рассчитать усилия резаков, скорость охлаждения контейнеров и риск самопроизвольного растрескивания. Маленький слиток, испытанный в лаборатории, сокращает путь к безопасному извлечению сотен тонн реальных обломков.

Теплопроводность UFe₂ растёт с температурой почти линейно — такое поведение нетипично для металлов, у которых она обычно падает из-за усиления колебаний кристаллической решётки.

Учёные
Emmy NoetherSatyendra Nath BoseAlbert EinsteinWolfgang PauliEnrico FermiPaul Dirac
Понятия
температура Кюри вольфрам температура перехода термоэлектрическое устройство теплопроводность металл