МИКРОТВЭЛ ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА Российский патент 2008 года по МПК G21C3/28 G21C3/62 

Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к микросферическому топливу с керамическими защитными покрытиями.

Микротвэл (МТ) ядерного реактора - это топливная микросфера (ТМ) из делящегося материала (UO₂, PuO₂, ThO₂, (U, Pu)O₂ и др.) со слоями защитных покрытий.

Защитные покрытия на ТМ ядерного реактора выполняют многоцелевые функции, основная из которых - удержание продуктов деления (ПД) внутри частицы. Основными защитными покрытиями в настоящее время рассматриваются пироуглерод (РуС) различной плотности, карбид кремния (SiC) или карбид циркония (ZrC). В качестве первого от топливной микросферы слоя используют низкоплотный (буферный) пироуглерод (РуС_буф), в качестве второго слоя - высокоплотный изотропный пироуглерод (РуС_в), третий слой выполнен либо из SiC, либо из ZrC, четвертый наружный слой выполнен из высокоплотного изотропного пироуглерода (РуС_н). Три высокоплотных слоя в англоязычной литературе получили название TRISO покрытие, а в зависимости от используемого карбидного слоя микротвэлы называют МТ с TRISO-SiC или МТ с TRISO-ZrC (Wang J., Ballinger R.G., MacLean H.J., TIMCOAT: An integrated fuel performance model for coated particle fuel/-Nuclear Technology, volt.148, Oct.2004, p.68-96).

Анализ механики поведения покрытий МТ в процессе облучения позволяет выстроить следующую схему взаимодействия слоев между собой и ТМ, а также с образующимися ПД. Давление газообразных продуктов деления (ГПД) растет в области ТМ и РуС_буф, в то время как РуС_в, SiC(ZrC) и РуС_н действуют как конструкционные слои, противодействуя этому давлению. Слои РуС_в и РуС_н при облучении МТ испытывают и сжатие и ползучесть, тогда как SiC(ZrC) испытывает только упругое сжатие. Часть усилия давления ГПД передается через РуС_в на SiC(ZrC). Это давление в целом увеличивается по мере облучения МТ, создавая, таким образом, напряжение в окружном направлении в слое SiC(ZrC).

Поскольку высокоплотные слои МТ усаживаются под облучением, то РуС_в подвержен растягивающим напряжениям, т.е. испытывает стремление отслоиться от SiC(ZrC), а РуС_н создает сжимающие напряжения в SiC(ZrC). Из-за анизотропии в поведении усадки пироуглерода история усадки в радиальном и тангенциальном направлении отличается. Усадка в радиальном направлении изменяется на прямо противоположное распухание при умеренных дозах облучения, тогда как усадка в тангенциальном направлении продолжается и при высоких дозах (флюенсах).

В рамках расчетных механистических программ (например, PARFUME, TIMCOAT, GOLT-2 и др.) предусматривается, что развивающиеся в слоях напряжения усадки зависят от следующих четырех параметров, а именно: уровня флюенса, плотности РуС, степени анизотропии (BAF-фактор анизотропии Бекона) и температуры облучения. Радиационную ползучесть рассматривают как вторичную ползучесть с коэффициентом, который является функцией плотности РуС и температуры облучения.

На начальной стадии облучения усадка РуС слоев вызывает растущее сжимающее напряжение в SiC(ZrC). В конечном счете, ползучесть в РуС слоях уменьшает благоприятное воздействие на карбидный слой. Поэтому тангенциальное напряжение в SiC достигает минимального значения, затем устойчиво увеличивается при последующем облучении. Разрушение от внутреннего давления ГПД (разрушение по механизму «сосуда под давлением»), как следует из законов механики, произойдет, если тангенциальное напряжение достигнет величины растягивающих напряжений, которая превышает прочность SiC(ZrC) в этой точке. Для современных МТ с TRISO покрытиями (диаметр ТМ˜500 мкм, толщина РуС_буф˜90 мкм, РуС_в˜35 мкм, SiC˜35 мкм и РуС_н˜40 мкм) на основе топлива из диоксида урана такая критическая область очерчена границами:

- температура топлива 900-1100°С, флюенс быстрых нейтронов ˜4,0·10²¹ н/см², глубина выгорания топлива 12-15% т.ат.;

- температура топлива 1100-1250°С, флюенс быстрых нейтронов ˜2,0·10²¹ н/см², глубина выгорания топлива 10-12% т.ат.

Послереакторные исследования облученных МТ показывают, что наиболее существенные разрушения (после РуС_буф) происходят на границе РуС_в - SiC(ZrC).

Нарушения связи между этими слоями в существенной мере предопределяют поведение всего TRISO покрытия под облучением.

При облучении усадка РуСв вызывает радиальное растягивающее напряжение на поверхности раздела между слоями РуС_в и SiC(ZrC). Если напряжение превышает прочность связи между слоями, происходит отслоение внутреннего высокоплотного РуС от карбидного слоя. Процесс нарушения связи между слоями вряд ли будет мгновенным отделением от полной поверхности раздела. Скорее всего, оно будет начинаться в точке инициирования, от которой слой постепенно будет отслаиваться по мере набора флюенса.

Другая форма многомерного формоизменения под облучением - асферичность (разнотолщинность) покрытий. Асферичность покрытий может быть унаследована от ТМ, причем при определенных условиях осаждения асферичность покрытий может акцентироваться, т.е. увеличиваться в размерах и развиваться в проявлении новых форм.

Наиболее часто встречающаяся асферичность частиц - это плоская огранка на ее поверхности. При облучении ограненная часть МТ работает как плоская пластина, которая сдерживает внутреннее давление ГПД. Если давление достигает достаточно высокого значения, локальная область растягивающего напряжения развивается в центральной части пластины, которая может вносить вклад в повреждение МТ. В отличие от повреждений, вызванных образованием трещин в РуС_в, или частичного нарушения связи между слоями РуС_в и SiC(ZrC), которые контролируются усадкой РуС, повреждение, вызванное асферичностью, зависит от внутреннего давления ГПД. Следует учитывать то, что повреждения TRISO покрытий из-за образования трещин в РуСв и нарушения связи между слоями произойдет на ранней стадии, когда напряжения усадки в них самые высокие, то повреждение из-за асферичности, вероятно, произойдет позже, когда наиболее высоко внутреннее давление газов.

Таким образом, в модели разрушения «сосуда под давлением» образование дефектов происходит только при превышении разрушающего напряжения в слое. В этом случае используется модель Вейбулла для разрушающего напряжения. Статистика Вейбулла часто используется, чтобы представить влияние распределения внутренних дефектов в хрупком материале. Как показано выше, разрушение связи между слоями вызывается окружным растягивающим напряжением в слое РуС_в. С другой стороны, напряжение в слое SiC(ZrC) является сжимающим, по крайней мере, на ранней стадии облучения, что типично для флюенса быстрых нейтронов <2,0·10²¹ н/см² (Е>0,18 МэВ). Тем не менее, экспериментально разрушение отдельных частиц наблюдалось уже на ранней стадии облучения, что регистрировалось по выходу ГПД через сквозные дефекты в TRISO покрытиях. Объяснить этот эффект можно, например, введением острой трещины (концентратора напряжений) на поверхности раздела между РуС_в и SiC(ZrC), которая приведет к фактору локальной концентрации напряжения. Последний, в свою очередь, может привести в локальном масштабе к высоким растягивающим напряжениям в слое SiC(ZrC), даже тогда, когда во всем сечении окружное напряжение в карбидном слое все еще может быть сжимающим. Однако для реализации такого механизма разрушения имеются существенные ограничения, связанные с размером зоны растягивающего напряжения в вершине трещины, который должен быть достаточно большим, чтобы охватить определенное количество зерен SiC (или ZrC).

Наряду с образованием трещин, вызванных механическими напряжениями, образование дефектов в РуС может быть дополнительно активировано диффундирующими от ТМ щелочными металлами по механизму интеркалирования (внедрения в межплоскостное пространство атомов с изменением параметров кристаллической графитоподобной решетки РуС). Образовавшиеся в РуС_в радиальные трещины открывают прямой доступ к карбидному слою металлических ПД, вызывающих его коррозию. Участки на внутренней поверхности карбидного слоя, которые подвергают коррозии, по аналогии с асферичностью в виде огранки, являются концентраторами напряжений и повышают вероятность образования сквозных трещин в SiC(ZrC).

В процессе облучения топлива образуется достаточно большое количество как газообразных, так и твердых ПД. По степени коррозионного воздействия на защитные покрытия МТ они могут быть распределены по следующему принципу:

- инертные газы (Kr, Xe и др.), они в основном выходят из топлива и практически нацело удерживаются бездефектными РуС покрытиями;

- щелочные металла (Rb, Cs) обладают чрезвычайной летучестью в элементарной форме, мигрируют к «холодной» периферии топлива и оказывают существенное коррозионное воздействие на пироуглеродные и карбидные слои TRISO покрытий;

- металлы, образующие тугоплавкие оксиды (Sr, Y, Ba, La, Се, Pr, Nd, Pm, Sm и др.) не мигрируют и однородно распределены в ТМ;

- металлы, которые не образуют оксиды (Tc, Ru, Ph, Pd, Te). Они образуют металлические включения в виде капель, рассеянных по топливу и по границам раздела защитных слоев покрытий. Металлические включения содержат также уран и плутоний. Указанные металлы оказывают существенное коррозионное воздействие на силовые карбидные слои МТ.

Отдельного рассмотрения требует кислород, образующийся в процессе деления урана и/или плутония. Частично он расходуется в ТМ, как отмечалось выше, на окисление металлических продуктов деления. Другая его часть, причем большая, выходит из ТМ и, взаимодействуя с РуС низкоплотного слоя, образует оксид углерода. Внутренний высокоплотный изотропный пироуглерод (РуС_в) является надежным диффузионным барьером для СО. Однако при образовании в нем сквозных радиальных трещин СО достигает карбидных слоев и взаимодействует по реакции:

SiC+2CO→SiO₂+3C или ZrC+2CO→ZrO₂+3C.

Независимо от ее структурного состояния оксидная фаза на внутренней поверхности карбидного слоя является концентратором напряжений, повышающим вероятность разрушения TRISO покрытия по механизму «сосуда под давлением». Одновременно оксидная фаза, особенно SiO₂, может образовывать легкоплавкие эвтектики с металлическими ПД.

В ходе реакторных испытаний топлива высокотемпературных газоохлаждаемых реакторов (МТ россыпью или в составе твэлов) наблюдали существенный выход серебра. Причем выход серебра наблюдался из МТ, которые были явно неповрежденными. Во многих случаях экспериментальные измерения выхода Ag показали температурную зависимость, которая интерпретировалась как признак диффузионного механизма миграции. В большинстве случаев о выходе Ag оперировали данными для партии (большого массива) МТ или для тепловыделяющего элемента без информации о поведении отдельных МТ. В тех случаях, когда выход ПД был измерен из индивидуальных. МТ, выбранных из одной партии, и когда характеристики TRISO покрытий и условия облучения были идентичными, выход Ag был различным. В некоторых случаях относительный выход Ag изменялся от 0 до 100% у номинально одинаковых МТ, что свидетельствует об отсутствии диффузионной зависимости миграции.

Анализ профиля концентрации серебра, предварительно имплантированного в SiC после отжигов, показывает, что Ag мигрирует в облученном материале по макродефектам (MacLean H.J., Ballinger R.G., Silver ion implantation and annealing in CVD silicon carbide: the effect of temperature on silver migrations. - 2^nd International Topical Meeting on HIGH-TEMPERATURE" REACTOR THECHNOLOGY, Beijing, CHINA, September 22-24, 2004). Аналогичный эффект наблюдался для выхода Pd из TRISO-ZrC МТ, когда металлический Pd после отжигов покидал частицу и не задерживался на внутренней стороне карбидного слоя. Такими облегченными путями (каналами) в карбидных слоях могут быть ослабленные в результате коррозии границы зерен или сквозные микротрещины, как результат релаксации напряжений в покрытиях, возникших из-за совокупного радиационно-химического воздействия на них. В условиях градиента температур или при термоциклировании происходит «раскрытие» этих каналов, и они, действуя как насос, транспортируют металлические ПД за пределы МТ. Особенно это характерно для ПД, не образующих устойчивых карбидов и силицидов, например, Ag, Cs, Pd, Ru и др.

Известен микротвэл с топливной микросферой из UO₂ диаметром 608 мкм и плотностью 10,6 г/см³, в котором первый слой выполнен из пироуглерода низкой плотности (толщина 64 мкм, плотность 1,11 г/см³), второй слой - из высокоплотного изотропного пироуглерода (толщина 26 мкм, плотность 1,846 г/см³), третий слой - из карбида циркония (толщина 31 мкм, плотность 6 г/см³), четвертый слой - из высокоплотного изотропного пироуглерода (толщина 55 мкм, плотность 1,956 г/см³). Указанные слои представляют систему TRISO-ZrC покрытия. (Minato К., Ogawa Т., Кауа Т. et. al. Retention of fission product cesium in ZrC-coated fuel particles for high-temperature gas-cooled reactors. - J. of Nucl. Mater., 279 (2000), p.181-188).

Известен микротвэл с топливной микросферой из UO₂, в котором первый слой выполнен из низкоплотного пироуглерода толщиной 94 мкм, второй слой - из высокоплотного изотропного пироуглерода толщиной 41 мкм, третий слой - из карбида кремния толщиной 36 мкм, четвертый слой - из высокоплотного изотропного пироуглерода толщиной 40 мкм. Указанные слои представляют систему TRISO-SiC покрытий (Schenk W., Pott G., Nabieiek H. Fuel accident performance testing for small HTRs - J. of Nucl. Mater, 171 (1990), p.19-31).

Недостатком указанных четырехслойных TRISO-SiC и TRISO-ZrC покрытий является их высокая повреждаемость высокоподвижными металлическими продуктами деления, оксидом углерода, особенно при повышенных (температура топлива более 1100°С) параметрах эксплуатации. Коррозионное воздействие на карбидные слои ограничивает ресурс эксплуатации микротвэлов: глубина выгорания топлива, флюенс быстрых нейтронов, энерговыделение из частицы.

При эксплуатации МТ в составе твэлов (шар, компакт) карбидные слои могут повреждаться примесями из углеграфитовой матрицы. Причем следует учитывать, что повреждение карбидных слоев МТ такими примесями из матрицы твэла, как Fe, Ni, Cr, Co, Si (в виде SiO₂), происходит уже на стадии изготовления твэлов, начиная с температуры 1100-1200°С (температура финишной термообработки углеграфитовых твэлов составляет 1800-1950°С).

Наиболее близким аналогом-прототипом предложенному техническому решению является микротвэл ядерного реактора на основе топливной микросферы из UO₂ с TRISO-SiC, в котором первый слой выполнен из низкоплотного пироуглерода толщиной 61 мкм и плотностью 1,11 г/см³, второй слой - из высокоплотного изотропного пироуглерода толщиной 34 мкм и плотностью 1,84 г/см³, третий слой - из карбида кремния толщиной 36 мкм и плотностью 3,20 г/см³, четвертый слой из высокоплотного изотропного пироуглерода толщиной 44 мкм и плотностью 1,85 г/см³, а также микротвэл с TRISO-ZrC покрытием, в котором первый слой выполнен из низкоплотного пироуглерода толщиной 61 мкм и плотностью 1,18 г/см³, второй слой - из высокоплотного изотропного пироуглерода толщиной 32 мкм и плотностью 1,81 г/см³, третий слой - из карбида циркония толщиной 35 мкм и плотностью 6,6 г/см³, четвертый слой из высокоплотного изотропного пироуглерода толщиной 65 мкм и плотностью 1,78 г/см³ (Minato К., Ogawa Т., Sawa К., Ishikawa A, Tomitu Т., Iida S. Irradiation experiment on ZrC-coated fuel particles for high-temperature gas-cooled reactors. - Nuclear Technology, Vol.130, June, 2000, p.272-281).

Недостатком указанных микротвэлов является повышенная проницаемость Pd через слой ZrC при глубине выгорания топлива 4,5% т.ат. и температурах отжига 1400 и 1600°С. После отжигов при 1600°С Pd не был обнаружен на внутренней стороне ни в РуС_в, ни в слое ZrC, что свидетельствует о его выходе за пределы МТ через образовавшиеся в карбидном покрытии сквозных макродефектов.

В карбидокремниевом слое металлографическими исследованиями выявлено коррозионное взаимодействие SiC с Pd при глубине выгорания топлива 4,5% т.ат. и температуре отжига 1400°С. При отжигах до 1600°С коррозионное взаимодействие распространилось на всю толщину SiC слоя.

Перед авторами предложенного технического решения стояла задача повышения ресурса эксплуатации (глубины выгорания топлива) микротвэлов за счет повышения коррозионной стойкости силовых карбидных слоев (SiC или ZrC).

Поставленная задача решается тем, что микротвэл ядерного реактора, содержащий топливную микросферу из делящегося материала и многослойное защитное покрытие из низкоплотного пироуглерода, высокоплотного изотропного пироуглерода, карбида кремния или карбида циркония, наружного высокоплотного изотропного пироуглерода, дополнительно между слоями высокоплотного изотропного пироуглерода и слоем карбида кремния или слоем карбида циркония содержит последовательно слои из карбида титана, нитрида титана, нитрида циркония, а между слоем карбида кремния или слоем карбида циркония и наружным высокоплотным изотропным пироуглеродом дополнительно содержит последовательно слои из нитрида циркония, нитрида титана, карбида титана, причем отношение толщины каждого из дополнительных слоев последовательности карбид титана, нитрид титана, нитрид циркония и дополнительных слоев последовательности нитрид циркония, нитрид титана, карбид титана к толщине слоя карбида кремния или слоя карбида циркония составляет 0,01-0,1.

Каждый из слоев предложенного микротвэла ядерного реактора выполняет следующие функции:

- первый слой из пироуглерода низкой плотности содержит «свободный» объем для локализации ГПД;

- второй высокоплотный изотропный пироуглерод является диффузионным барьером для ГПД и частично отдельных ТПД;

- третий слой из карбида титана является геттером для СО и отдельных ТПД, а также барьером, ограничивающим диффузию углерода в последующие слои;

- четвертый слой из нитрида титана является первым из коррозинностойких барьеров по отношению к Ag, Pd;

- пятый слой из нитрида циркония является основным коррозионностойким барьером по отношению к Ag, Pd, Cs и другим щелочным металлам;

- шестой слой из карбида кремния или карбида циркония является основным силовым слоем, противодействующим высокому внутреннему давлению ГПД и, в силу большой толщины покрытий, диффузионным барьером для ТПД;

- седьмой слой из нитрида циркония является основным коррозинностойким барьером по отношению к металлическим примесям из матрицы твэла;

- восьмой слой из нитрида титана является первым из коррозионностойких барьеров по отношению к металлическим примесям из матрицы твэла и предотвращает диффузию углерода в нитридоциркониевый слой;

- девятый слой из карбида титана является геттером для СО и SiO (продуктов взаимодействия углерода с примесью SiO₂) и металлических примесей Fe, Cr, Ni, Co и др., находящихся в матрице твэла в виде оксидов;

- десятый слой из высокоплотного изотропного пироуглерода защищает хрупкие карбидные и нитридные слои от внешних механических воздействий.

Сущность предлагаемого технического решения заключается в следующем. На начальном этапе облучения образующиеся ГПД, ТПД и кислород, покидая ТМ, накапливаются в низкоплотном РуС. Кислород взаимодействует с углеродом, образуя преимущественно СО. По мере набора флюенса внутренний высокоплотный РуС усаживается и с момента образования в нем сквозных трещин ГПД, ТПД (легколетучие), и СО получают прямой доступ к слою TiC. Карбид титана является геттером для СО и первым диффузионным барьером для ГПД и некоторых ТПД. Наиболее подвижные ТПД (Cs, Ag, Pd, и т.д.) могут диффундировать через слой TiC и, встречая на своем пути слой из TiN, концентрируются на его внутренней поверхности. Проникновение ТПД через сплошной слой TiN затруднено, однако ТПД могут взаимодействовать с карбидом титана в местах скопления дислокаций, точечных дефектов, создавая облегченные пути диффузии ПД. Наиболее коррозионностойким по отношению практически ко всем металлическим ПД является нитрид циркония. Он является основным барьером, предохраняющим силовые карбидные слои (SiC или ZrC) от их взаимодействия с ТПД.

По аналогичному функциональному принципу выстраивается коррозионная защита силовых слоев (SiC или ZrC) от металлических примесей (Fe, Ni, Со, Cr и др.) в углеграфитовой матрице твэла: карбид титана - геттер примесей, TiN - первый диффузионный барьер, ZrN - основной диффузионный барьер.

Пример осуществления предлагаемого технического решения. Многослойное защитное покрытие на топливные микросферы из диоксида урана диаметром 500 мкм последовательно осаждают в кипящем слое:

- пироуглерод низкой плотности: температура пиролиза (Т)=1450°С, концентрация C₂H₂ в смеси с аргоном 60 об.%, суммарный расход газовой смеси (G)=1500 л/ч;

- высокоплотный изотропный пироуглерод: Т=1300°С, концентрация С₃Н₆ в смеси с аргоном 30 об.%, G=1500 л/ч;

- слой из карбида титана: Т=1300°С, концентрация TiCl₄=2,0 об.%, концентрация С₃Н₆=0,5 об.%, G=1400 л/ч (из них 1200 л/ч Н₂);

- слой из нитрида титана: Т=1500°С, концентрация TiCl₄=2,0 об.%, расход N₂=1000 л/ч, расход Н₂=600 л/ч;

- слой из нитрида циркония: Т=1600°С, концентрация ZrCl₄=1,0 об.%, расход N₂=1000 л/ч, расход Н₂=600 л/ч;

- слой из карбида кремния: Т=1550°C концентрация СН₃SiCl₃=1,0 об.%, расход водорода = 1600 л/ч или слой карбида циркония: Т=1450°С, концентрация ZrCl₄=1,0 об.%, концентрация СН₄=0,8-1,0 об.%, расход Н₂=1800 л/ч;

- наружный слой высокоплотного изотропного пироуглерода: Т=1320°С, концентрация С₃Н₆ в смеси с аргоном 30 об.%, G=1600 л/ч.

Металлографические исследования показывают, что толщина дополнительных слоев TiC, TiN, и ZrN по отношению к толщине силовых слоев SiC или ZrC снизу должна быть ограничена значением 0,01, т.к. доля от средне статистических значений толщин SiC и ZrC (50±10 мкм) будет составлять значения 0,4-0,6 мкм, что сопоставимо с шероховатостью РуС_в, который является подложкой для слоя карбида титана. Сверху толщина слоев TiC, TiN и ZrN должна быть ограничена значениями 0,1 от толщины SiC или ZrC. Это обусловлено тем, что тонкие слои (TiC, TiN и ZrN), например 4-6 мкм, не являются напряженными, а возникающие напряжения относительно быстро будут релаксироваться за счет радиационно-термической ползучести. Выбор конкретных значений толщин силовых слоев SiC или ZrC и связанных с ними слоев TiC, TiN, ZrC, a также других характеристик покрытий обосновывается с учетом многофакторных требований к активной зоне ядерного реактора.

В таблице 1 приведено сопоставление эксплуатационных характеристик микротвэла ядерного реактора с микротвэлом по предложенному техническому решению.

Таблица 1
Сопоставление ресурса эксплуатации известного микротвэла с микротвэлом по предложенному техническому решениюПараметрМикротвэлИзвестныйПредложенныйTRISO-SiCTRISO-ZrCTRISO-SiCTRISO-ZrCОграничение по величине флюенса быстрых нейтронов, н/см²˜2,0·10²¹˜4,0·10²¹˜2,0·10²²(4,0÷6,0)· 10²²Максимально допустимая температура эксплуатации топлива до начала разгерметизации покрытий,°С900-1100до 120014001500-1600Глубина выгорания топлива на момент разгерметизации покрытий в номинальных условиях облучения, % т. ат.10-12до 152025 и болееДопустимые кратковременные перегревы топлива без увеличения утечки ПД,°С1400-16001600-180018002000Начало коррозионного воздействия силовых карбидных слоев с ТПД, °С1300-1400160016001800-2000

Как следует из приведенных в таблице данных, предложенный микротвэл ядерного реактора обеспечивает повышенный ресурс эксплуатации (температуру и глубину выгорания топлива) за счет большей коррозионной стойкости покрытий.

Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к микросферическому топливу с керамическими защитными покрытиями. Микротвэл ядерного реактора, содержащий топливную микросферу из делящегося материала и многослойное защитное покрытие, состоящее из последовательно нанесенных на микросферу слоя из низкоплотного пироуглерода, слоя из высокоплотного изотропного пироуглерода, слоя из карбида титана, слоя из нитрида титана, слоя из нитрида циркония, толщиной 0,01-0,1 от толщины слоя карбида кремния или циркония, слоя из карбида кремния или циркония, слоя из нитрида циркония, слоя нитрида титана и слоя карбида титана, толщиной 0,01-0,1 от толщины слоя карбида кремния или циркония, и наружного слоя из высокоплотного изотропного пироуглерода. Изобретение обеспечивает повышенный ресурс эксплуатации (температуру и глубину выгорания топлива) за счет большей коррозионной стойкости покрытий. 1 табл.

Микротвэл ядерного реактора, содержащий топливную микросферу из делящегося материала и многослойное защитное покрытие, состоящее из последовательно нанесенных на микросферу слоя из низкоплотного пироуглерода, слоя из высокоплотного изотропного пироуглерода, слоя из карбида кремния или циркония и наружного слоя из высокоплотного изотропного пироуглерода, отличающийся тем, что микротвэл в защитном покрытии между слоями высокоплотного изотропного пироуглерода и слоем из карбида кремния или циркония дополнительно содержит последовательно нанесенные на слой пироуглерода слой из карбида титана, слой из нитрида титана, слой из нитрида циркония, а между слоем из карбида кремния или циркония и наружным слоем из высокоплотного изотропного пироуглерода дополнительно содержит последовательно нанесенные на слой карбида кремния или циркония слой из нитрида циркония, слой нитрида титана и слой карбида титана, причем толщина каждого дополнительного слоя составляет 0,01-0,1 от толщины слоя карбида кремния или циркония.