Підвищення надійності енергетичного обладнання АЕС засобами поверхневої інженерії в умовах екологічних викликів

Abstract

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 Фуку сімській АЕС, які підкреслили критичну роль надійності обладнання в запобіганні еко логічним 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. The paper investigates the topical issue of improving the reliability of nuclear power plant (NPP) equipment by applying surface engineering methods in the context of environmental challenges. Nuclear energy plays a key role in ensuring a stable energy supply, but its effective operation is complicated by the degradation of equipment materials due to corrosion, thermal and radiation effects. This creates risks of barrier system leaks, which can lead to the release of radionuclides such as 133Xe, 131I, 144Ce, and other nuclear fission products, causing environmental threats. The study focuses on the use of protective coatings, in particular chrome, aluminium and titanium, to reduce corrosion processes, extend the service life of critical elements (pipelines, heat exchangers, fuel element cladding) and reduce the volume of radioactive waste. The article analyses the main man-made risks associated with the degradation of VVER reactor primary circuit equipment and considers the impact of corrosion, erosion and radiation damage on environmental safety. It is shown that modern surface engineering methods, such as electrochemical deposition and plasma treatment, allow the creation of effective protective layers that reduce the intensity of intergranular corrosion and hydride destruction. The integration of protective coatings with monitoring systems, in particular impedance spectroscopy, ensures early detection of defects, reducing the likelihood of accidents. Particular attention is paid to analysing the consequences of accidents at the Chernobyl and Fukushima nuclear power plants, which highlighted the critical role of equipment reliability in preventing environmental disasters. The use of protective coatings not only improves safety but also reduces the environmental impact by reducing the amount of waste and resources required for repair and disposal. The aim of the work is to justify the use of innovative coatings to improve the operational reliability and environmental safety of nuclear power plants. The study confirms that the introduction of such technologies is consistent with the principles of sustainable development, reducing man-made impact and promoting a safe energy transition.