BR21882237 — Разработка и исследование перспективных композиционных материалов для энергетики и топливного цикла

Цель работы: Целью данного проекта является разработка и исследование перспективных композиционных материалов, которые могут быть применены в различных областях энергетики и топливного цикла. Основной задачей проекта является создание новых материалов с улучшенными характеристиками, такими как прочность, теплопроводность, стабильность в различных условиях эксплуатации, а также снижение затрат на производство и обеспечение экологической безопасности.

Актуальность работы : Актуальность проекта по разработке и исследованию перспективных композиционных материалов для энергетики и топливного цикла подтверждается следующими факторами: С увеличением потребления энергии и растущим интересом к экологически чистым источникам энергии существует потребность в разработке новых материалов, способных обеспечить эффективное использование различных источников энергии, включая возобновляемые источники, ядерную энергию и традиционные виды топлива. Разработка новых композиционных материалов позволит повысить энергоэффективность и безопасность энергетических систем и установок. Это важно для сокращения расходов на производство и эксплуатацию, а также для снижения рисков аварийных ситуаций. С учетом растущей озабоченности общества по вопросам экологии и устойчивого развития, разработка экологически чистых материалов для энергетики и топливного цикла становится приоритетной задачей. В свете этих факторов, разработка и исследование перспективных композиционных материалов для энергетики и топливного цикла является актуальным и стратегически важным направлением научных исследований.

Научный руководитель: Доктор Ph.D.,Профессор-исследователь, Кенжина Инеш Ергазыевна

Полученные результаты: В ходе выполненных исследований изучены процессы взаимодействия водорода с бериллидами ниобия и установлены их различия по способности к поглощению и удержанию изотопов водорода. Получены новые экспериментальные данные по свойствам литийсодержащих материалов и разработаны модели их взаимодействия с газовыми средами. Исследованы структурные, прочностные и теплофизические характеристики композиционных керамик на основе ZrO₂ с различными добавками, а также определены механизмы их упрочнения. Установлено влияние фазового состава, дислокационной плотности и межфазных границ на устойчивость материалов к термическим и радиационным воздействиям. Показано, что модификация керамик стабилизирующими допантами позволяет существенно повысить их эксплуатационные характеристики. Полученные результаты имеют важное значение для разработки перспективных материалов водородной и термоядерной энергетики.

Список публикаций с ссылками на них

1. Kulsartov T., Zaurbekova Z., Kenzhin Y., Kenzhina I., Bochkov V., Askerbekov S., Ponkratov Y., Yelishenkov A., Udartsev S. Study of the mechanisms of change in hydride phases in zirconium beryllide during its linear heating // Materials Research Express. – 2024. – Vol. 11. – 106516. https://doi.org/10.1088/2053-1591/ad8412
2. Kulsartov T., Kenzhina I., Ponkratov Yu., Gordienko Yu., Zaurbekova Zh., Samarkhanov K., Askerbekov S., Kenzhin Ye., Yelishenkov A. Investigation of the interaction of deuterium with Sn73Li27 tin-lithium alloy // Nuclear Materials and Energy. – 2024. – Vol. 41. – 101825. https://doi.org/10.1016/j.nme.2024.101825
3. Kenzhina I. E., Kozlovskiy A. L., Tolenova A., Begentayev M., Askerbekov S. The connection between the accumulation of structural defects caused by proton irradiation and the destruction of the near-surface layer of Li4SiO4–Li2TiO3 ceramics // Optical Materials: X. – 2024. – Vol. 24. – 100367. https://doi.org/10.1016/j.omx.2024.100367
4. Kulsartov T., Zaurbekova Zh., Knitter R., Leys J., Shaimerdenov A., Chikhray Y., Askerbekov S., Kenzhina I., Yelishenkov A. Estimation of tritium transfer parameters in biphasic lithium ceramic based on the results of reactor irradiation experiments // Fusion Engineering and Design. – 2025. – Vol. 219. – 115282. https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2025.115282
5. Kenzhina I. E., Kozlovskiy A. L., Begentayev M., Blynskiy P., Tolenova A., Popov A. I. Study of Phase Transformations in ZrO2 Ceramics Stabilized by Y2O3 and Their Role in Changing Strength Characteristics and Heat Resistance // Sustainability. – 2025. – Vol. 17, No. 10. – 4284. https://doi.org/10.3390/su17104284
6. Kulsartov T., Kenzhina I., Kenzhin Y., Chikhray Y., Shaimerdenov A., Zaurbekova Z., Yelishenkov A., Samarkhanov K., Begentayev M., Askerbekov S., Tolenova A. Simulation of tritium release processes from lithium ceramics under reactor irradiation conditions with varying reactor power // Journal of Nuclear Materials. – 2025. – Vol. 615. – 155979. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2025.155979
7. Kenzhina I. E., Kozlovskiy A. L., Volodina N. O., Shakirzyanov R. I., Garanin Y. A., Maznykh S. A., Makhanov K. M., Tolenova A. U., Begentayev M., Askerbekov S. K., Blynskiy P. A., Zaurbekova Z. A. Low-temperature sintering of zirconia-based ceramic composites for capacitor applications // Ceramics International. – 2025. – Vol. 51 (21). – P. 33428–33440. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2025.05.075
8. Udartsev S., Kenzhina I. E., Kulsartov T., Samarkhanov K., Zaurbekova Z., Ponkratov Y., Yelishenkov A., Begentayev M., Askerbekov S., Tolenova A., Kylyshkanov M., Podoinikov M., Kaynazarova A., Obgolts O. Phase Evolution and Synthesis of Be12Nb Intermetallic Compound in the 800–1300 °C Temperature Range // Materials. – 2025. – Vol. 18 (12). – 2915. https://doi.org/10.3390/ma18122915
9. Kenzhina I. E., Kozlovskiy A. L., Tolenova A. U., Askerbekov S. K. Радиациялық әсерден туындаған ZrO2 керамикасындағы полиморфты түрлендірулер // Монография. – Алматы: Қ.И. Сәтбаев атындағы ҚазҰТЗУ, 2025.
10. Kulsartov T. V., Zaurbekova Zh. A., Kenzhina I. E., Tolenova A. U. Бериллийден тритийдің түзілу және бөліну процестерін зерттеу // Монография. – Алматы: Қ.И. Сәтбаев атындағы ҚазҰТЗУ, 2025.
11. Kenzhina I. E., Kozlovskiy A. L., Tolenova A. U., Askerbekov S. K., Blynskiy P. A. Ядролық энергетика үшін жаңа буын құрылымдық материалдарындағы радиациялық зақымдану механизмдерін зерттеу // Монография. – Алматы: Қ.И. Сәтбаев атындағы ҚазҰТЗУ, 2025.
12. Kenzhina I. E., Kulsartov T. V., Zaurbekova Zh. A., Gordienko Yu. N., Ponkratov Yu. V., Yelishenkov A. B. Устройство для изготовления исследовательских образцов свинцово-литиевой эвтектики : полезная модель №9908. – Опубл. 20.12.2024.
13. Kulsartov T. V., Kenzhina I. E., Zaurbekova Zh. A., Gordienko Yu. N., Ponkratov Yu. V., Yelishenkov A. B. Ампульное устройство для изготовления образцов галлий-литиевого сплава : полезная модель №9956. – Опубл. 20.12.2024.
14. Kenzhina I. E., Kulsartov T. V., Zaurbekova Zh. A., Gordienko Yu. N., Ponkratov Yu. V., Yelishenkov A. B. Устройство для коррозионных испытаний : полезная модель №9958. – Опубл. 20.12.2024.
15. Kenzhina I. E., Ponkratov Yu. V., Kulsartov T. V., Zaurbekova Zh. A., Gordienko Yu. N., Yelishenkov A. B. Устройство для комплексной очистки лития : полезная модель №10667. – Опубл. 05.06.2025.
16. Ponkratov Yu. V., Kenzhina I. E., Kulsartov T. V., Zaurbekova Zh. A., Gordienko Yu. N., Yelishenkov A. B. Способ активации образцов интерметаллида Be2Zr : полезная модель №10469. – Опубл. 25.04.2025.
17. Kenzhina I. E., Kozlovskiy A. L., Tolenova A. U. Изучение влияния размерных эффектов в xSi3N4–(1-x)ZrO2 керамиках // Вестник КазНТУ. Серия физическая. – 2024. – Т. 88, № 1. – С. 49–56. https://doi.org/10.26577/RCPh.2024v88i1a07
18. Kenzhina I., Kozlovskiy A., Blynskiy P., Tolenova A. Effect of dislocation density-associated strengthening factors on the thermal stability of composite ceramics // Physical Sciences and Technology. – 2024. – Vol. 11, No. 1–2. – P. 23–31. https://doi.org/10.26577/phst2024v11i1a3
19. Kozlovskiy A. L. Study of the influence of structural modification of ZrO2 ceramics on resistance to hydrogen absorption and gas swelling processes // International Journal of Mathematics and Physics. – 2024. – Vol. 15, No. 2. – P. 49–57. https://doi.org/10.26577/ijmph.2024v15i2b6
20. Kenzhina I. Study of phase formation mechanisms in composite xSi3N4 – (1-x)ZrO2 ceramics // International Journal of Mathematics and Physics. – 2024. – Vol. 15, No. 2. – P. 23–33. https://doi.org/10.26577/ijmph.2024v15i2b3
21. Samarkhanov K., Askerbekov S. Effect of Ca dopant concentration on the change in properties of ZrO2 ceramics // Physical Sciences and Technology. – 2024. – Vol. 11, No. 3–4. – P. 29–38. https://doi.org/10.26577/phst2024v11i2b04
22. Kozlovskiy A. L., Kabiev M. B., Kenzhina I. E., Tolenova A. U. Изучение механизмов структурных повреждений стабилизированных керамик на основе цирконатов при высокотемпературном облучении // Вестник НЯЦ РК. – 2024. – Т. 4. – С. 153–163. https://doi.org/10.52676/1729-7885-2024-4-153-163
23. Kozlovskiy A. L., Azambaev S. B., Abshukirova A. M. Изучение влияния вариации фазового состава композитных керамик на устойчивость к радиационным повреждениям // Вестник НЯЦ РК. – 2024. – Т. 4. – С. 164–173. https://doi.org/10.52676/1729-7885-2024-4-164-173
24. Kozlovskiy A. L., Kabiev M. B., Kenzhina I. E., Tolenova A. U. Использование стабилизирующих добавок для направленной модификации и упрочнения Nd2Zr2O7 керамик // Вестник НЯЦ РК. – 2024. – Т. 4. – С. 119–127. https://doi.org/10.52676/1729-7885-2024-4-119-127
25. Kenzhina I. E., Kulsartov T. V., Ponkratov Yu. V., Tolenova A. U., Chikhray Ye. V., Kozlovskiy A. L., Zaurbekova Zh. A., Yelishenkov A. B., Askerbekov S. K. Investigation of tin-lithium alloy behavior in high-temperature hydrogen isotope environments: sorption and desorption analysis // Вестник Евразийского национального университета им. Л. Н. Гумилева. Серия: Физика. Астрономия. – 2025. – Т. 1 (150). – С. 162–185. https://doi.org/10.32523/2616-6836-2025-150-1-162-185
26. Kozlovskiy A. L., Azambaev S. B., Kenzhina I. E., Tolenova A. U. Исследования влияния температурных факторов на скорость накопления структурных повреждений в композитных керамиках // Вестник НЯЦ РК. – 2025. – Т. 1. – С. 121–131. https://doi.org/10.52676/1729-7885-2025-1-121-131
27. Kenzhina I. E., Tolenova A. U., Kozlovskiy A. L. Determination of the effect of size factor and phase composition in lithium-containing ceramics on resistance to external mechanical and thermal influences // Вестник НЯЦ РК. – 2025. – Т. 2. – С. 37–50. https://doi.org/10.52676/1729-7885-2025-2-37-50
28. Kenzhina I., Kabiyev M., Kozlovskiy A., Begentayev M., Tolenova A., Blynskiy P. Study of Diffusion Expansion of Damaged Layer in Nd2Zr2O7 Ceramics Under High-Temperature Irradiation // Fusion Science and Technology. – 2025. – P. 1–10. https://doi.org/10.1080/15361055.2025.2478774