Основные направления деятельности:

– разработка научных основ методов и процессов компактирования и иммобилизации радиоактивных отходов в защитные керамические и стеклокерамические формы для временного хранения и окончательного геологического захоронения;

– материаловедческие исследования по изготовлению высокопрочной и радиационно-стойкой керамики функционального назначения.

Исследовательские программы:

– «Ведомственный заказ НАН Украины на проведение научных исследований по атомной науке и технике ННЦ ХФТИ»;

– целевая комплексная программа научных исследований НАН Украины «Научно-техническое сопровождение развития ядерной энергетики и применения радиационных технологий в отраслях экономики»;

– целевая комплексная программа научных исследований НАН Украины «Научное обеспечение развития ядерно-энергетического комплекса и перспективных ядерных технологий»;

– целевая комплексная программа научных исследований НАН Украины «Ядерные и радиационные технологии для энергетического сектора и общественных потребностей».

В рамках совместных исследований с Аргоннской национальной лаборатории (США) разработан процесс изготовления фосфатной керамики состава KMgPO₄ · 6H₂O для иммобилизации радиоактивных отходов. Проведён комплекс испытаний полученных материалов на прочность, коррозионную и радиационную стойкость и получены положительные результаты. По результатам работ опубликованы статьи в ведущих зарубежных журналах: «Journal of Nuclear Materials» и «Journal of Hazardous Meterials» (Elsevier).

Разработан метод получения трансформационно-упрочнённой керамики на основе Al₂O₃ и ZrO₂ с использованием нанопорошков в качестве исходных компонентов, а также специальных диспергирующих добавок. Разработанная технология позволяет получать тонкостенные изделия, в том числе сложной конфигурации и равномерным распределением свойств по всему объёму образца. Полученная керамика характеризуется высокими показателями предела прочности при изгибе и трещиностойкости, не уступающими импортным аналогам. Результаты работ опубликованы в ведущих журналах «Ceramics International» (Elsevier).

С целью создания устойчивого к авариям толерантного топлива - Accident tolerant fuel (ATF) разработана технология получения дисперсно-упрочнённой композитной керамики на основе SiC. Методами высокоскоростного горячего прессования мелкодисперсного порошка SiC, легированного металлическим Cr, изготовлена высокоплотная SiC–керамика с улучшенными механическими и коррозионными свойствами.

Международные проекты:

– Партнёрский проект в рамках программы IPP (Contract ANL–T2–0248UA, УНТЦ P–547) «Новые защитные барьеры для содержания и иммобилизации радиоактивных материалов», партнёры: Аргоннская национальная лаборатория (АНЛ) и компания «Boron Products LLC» (США), 2012 – 2014 гг.

– Партнёрский проект (УНТЦ P–680) «Chemically Bonded Silico-Phosphate Sprayable Ceramics». Партнёр: компания «Ceramicoat International Inc.» (Канада), 2016 г.

За последние годы возникло новое направление исследований, связанное с рабочим планом Евратома общей европейской программы по обращению с радиоактивными отходами и их захоронением (European Joint Programme in Radioactive Waste Management and Disposal – EJP1), а именно, изучение поведения уплотнённой бентонитовой глины (как буферного материала в системе геологического удаления РАО) при различных температурах (100 – 150°С). Участие команды ИФТТМТ в консорциуме исполнителей этой программы одобрено и предусмотрено финансирование на 2019 – 2024 годы.

Совместно с Аргоннской Национальной лабораторией и фирмой «Superior Graphite» (США), разработана, изготовлена и запущена в эксплуатацию установка для реализации технологического процесса консолидации порошковых пресс-форм керамик различного состава как в защитной среде инертных газов, так и в вакууме (≥ 1,0 Па).

Приём установки электроконсолидации в наладку в рамках проекта УНТЦ Р–154, 2009 год.

Слева направо:

С.Ю. Саенко (руководитель работ от ННЦ ХФТИ),

доктор Sami Gopalsami (коллаборатор от АНЛ, США),

М.В. Савоськин (Донецкий физико-технический институт).

Получение функциональных и композитных наноструктурных материалов:

– исследования и методические рекомендации по получению ультрадисперсных, в том числе и наноразмерных, порошков для изготовления из них функциональной керамики на основе ZrO₂, Al₂O₃, MgO, Y₂O₃ и композитов на их основе;

– исследования методов формования керамических заготовок из ультрадисперсных порошков методами шликерного литья и прессования;

– изготовление керамических изделий, различного назначения и конфигурации, не уступающих по своим физико-механическим свойствам зарубежным аналогам.

Оборудование для изготовления и спекания высокопрочной оксидной керамики.

Высокотемпературная печь Nabertherm

Планетарная мельница «Pulverisette 6»

Термоанализатор DTA/TGA SDT Q600

Образцы изделий

Микроструктура керамики ZrO₂–3% мол. Y₂O₃

Микроструктура керамики Al₂O₃

Изоляция РАО - разработка новых защитных радиационно- и коррозионностойких керамических материалов

Для надёжного хранения РАО разработана защитная оксидная керамика на основе Al₂O₃, модифицированная мелкодисперсными частицами стабилизированного оксида циркония ZrO₂(Y₂O₃). Создание мелкодисперсной структуры с равномерно распределённой добавкой ZrO₂(Y₂O₃) в структуре Al₂O₃ позволило улучшить прочностные характеристики керамики:

– трещиностойкость - на 30%;

– прочность на изгиб - на 25%;

– твёрдость - на 10%.

Изготовлена опытная партия защитных контейнеров для ГК Украинское государственное объединение «Радон».

В отделе выполняются работы по синтезу и спеканию тугоплавких керамических соединений в вакууме при высоких температурах (до 2500°С) со скоростью нагрева до 400°С/мин методом высокоскоростного горячего прессования (ВГП). На рисунке показана схема метода ВГП, установка ВГП, изделия на основе карбида кремния (SiC), микроструктура (SEM) SiC керамики, полученной методом ВГП.

– Группа организационно-технического обеспечения.

Группа занимается материально-техническим и организационным обеспечением работы отдела.

– Группа разработки экспериментального оборудования.

Работа группы направлена на проведение конструкторских работ по изготовлению оснастки и оборудования и исследований в области капсулирования отработанного ядерного топлива и радиоактивных отходов с использованием керамических защитных материалов, а также математического моделирования теплофизических процессов миграции радионуклидов в геологическом массиве зоны захоронения РАО.

– Группа технологических исследований процессов получения материалов.

В группе ведутся материаловедческие исследования ультрадисперсных порошков и керамических материалов оксидного состава для изоляции РАО в атомной энергетике и создания новых функциональных керамик для других отраслей промышленности, отработка различных методов формирования и спекания керамических опытных образцов, проведение их аналитических исследований и испытаний.

– Группа разработки и исследования свойств керамических материалов.

Основными направлениями работы группы являются разработка радиационно- и коррозионностойких керамических и стеклокерамических материалов для кондиционирования РАО; проведение исследований структуры, состава и физико-механических свойств компаундов, полученных с использованием современных методов формовки, спекания, горячего прессования и горячего изостатического прессования.

– Группа изучения влияния высоких давлений на материалы.

В задачи группы входит исследование влияния высоких давлений на физико-механические и эксплуатационные свойства различных материалов, техническое обеспечение работы установок газостатического оборудования, горячего вакуумного прессования, а также термообработки в различных средах (вакуум, воздух, инертные газы).