Українські фахівці дослідили вплив тривалого теплового старіння на матеріали обладнання першого контуру ВВЕР-1000 для оцінки можливості їх експлуатації до 60 років. Нова робоота стосується, зокрема, тріщиностійкості та температури крихко-в'язкого переходу сталей.

Роботу представив фахівець українського «ІПП-Центр» Костянтин Лук'яненко на 25-й Європейській конференції з механіки руйнування ECF25, яка проходила 6-11 вересня в Афінах. Крім цієї роботи, українська команда представила дослідження механіки руйнування патрубків ВВЕР-1000 та моделювання розвитку тріщин.

Доповідь «Вплив теплового старіння на тріщиностійкість і температуру крихко-в'язкого переходу матеріалів першого контуру ВВЕР-1000» продовжує дослідження, які «ІПП-Центр» проводить у межах європейського проєкту DELISA-LTO.

DELISA-LTO фінансувався дослідницькою програмою Euratom і був орієнтований на безпечну довгострокову експлуатацію реакторів ВВЕР. Його завданням було визначити компоненти, найбільш чутливі до старіння, дослідити зміни властивостей матеріалів і розробити підходи до прогнозування стану конструкцій при роботі понад початковий проєктний строк. Загальна вартість проєкту становила €3,28 млн. Український IPP-CENTRE отримав близько €353 тис., ще майже €196 тис. – Державний науково-технічний центр з ядерної та радіаційної безпеки.

Для української частини дослідження фахівці працювали з матеріалами кількох відповідальних елементів першого контуру ВВЕР-1000. Це сталь 10ГН2МФА головного циркуляційного трубопроводу та колектора парогенератора, а також сталь 38ХН3МФА кріпильних деталей фланця реактора. В останньому випадку досліджували матеріал, який уже відпрацював 30 років.

Щоб отримати стан, еквівалентний тривалішій експлуатації, використовували прискорене теплове старіння. Зразки витримували при температурі 450 °C від 252 до 3465 годин залежно від штатної температури роботи відповідного елемента. Після цього їх випробовували на розтяг, ударний згин за методом Шарпі, проводили випробування мініатюрних дисків методом Small Punch Test та вимірювали твердість.

Прискорене старіння за підвищеної температури дозволяє моделювати процеси деградації матеріалу і використовувати отримані результати для прогнозування його подальшої поведінки.

Проміжні результати цього дослідження українська команда представляла ще наприкінці 2025 року. Тоді випробування показали загальну тенденцію до окрихчення всіх досліджених матеріалів: після теплового старіння знижувалася енергія руйнування за Шарпі та зростала схильність до крихкого руйнування.

Одночасно фіксувалося збільшення міцності при розтягуванні, тобто матеріал ставав міцнішим, але менш пластичним. Автори наголошували, що обидва процеси необхідно враховувати при оцінці залишкового ресурсу та конструкційної цілісності обладнання першого контуру.

Цьогорічна робота розвиває дослідження вже безпосередньо в напрямі тріщиностійкості та температури крихко-в'язкого переходу. Цей показник важливий для оцінки здатності металу протистояти крихкому руйнуванню: у міру старіння температура, нижче якої матеріал поводиться переважно крихко, може змінюватися.

Сам факт виявлення окрихчення не означає, що обладнання ВВЕР-1000 не може працювати 60 років. Рішення про довгострокову експлуатацію енергоблока ґрунтується на оцінці великої кількості систем, конструкцій і компонентів, їх фактичного стану та запасів міцності.

Проте зміна механічних характеристик металу з часом є одним із параметрів, який необхідно прогнозувати. Сам DELISA-LTO був створений саме для того, щоб перейти від загальних припущень про старіння до експериментальних даних і моделей, здатних завчасно показувати наближення матеріалу до неприйнятного стану. Європейський проєкт окремо орієнтувався на експлуатацію ВВЕР протягом 60 і більше років.

В Україні значна частина діючих атомних енергоблоків уже працює понад початкові 30-річні проєктні строки. Тому дедалі важливішим стає точне прогнозування того, як тривала робота впливає на матеріали обладнання, яке неможливо просто замінити під час планового ремонту.