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.
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.
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.