3.1.4. Чисти технологии за удължаване жизнения цикъл на енергийни системи

Водещ изследовател: Проф. дхн Мартин Божинов

Тематика: Експериментални изследвания и моделиране на корозионните процеси и деградацията на вътрешно-корпусни материали на ядрени реактори; Експериментални изследвания и моделиране на корозионната ерозия и шламо-образуване в парогенераторите на енергийни централи.

Дейност 1. Експериментално изследване и моделиране на корозионните процеси на вътрекорпусни материали в енергийни реактори – Ще бъдат разработени два типа модели. Първият модел ще се основава на разработения обобщен количествен модел на растежа на пасивни оксидни филми във високотемпературни електролити, т.нар. модел на смесена проводимост (МСМ), като ще вземе предвид и процесите на наводородяване на материалите. За доразработване, валидиране и верифициране на модела ше бъдат проведени дълготрайни in-situ електрохимични измервания на растежа на оксидни слоеве върху вътрекорпусни материали в симулирани топлоносители. Моделът за преходите между отделните периоди на стабилен растеж ще се основава на изчисления на механиката на оксида с цел да се получат изрази за еволюцията на вътрешните напрежения по време на растежа на оксидния филм. Ще бъдат оценени критичните стойности на основните механични и електрохимични характеристики на оксида, при които настъпва преход от един период на стабилен растеж към друг.

Дейност 2. Експериментално характеризиране и моделиране на процесите на корозионна ерозия и отлагане на шлам в паро-генераторите на енергийни централи.

Разработване на подобрен детерминистичен модел на монофазна корозионна ерозия – количествена оценка на входния поток от частици и разтворимо желязо в парогенераторите. Разработване на подобрен детерминистичен модел на шламообразуването и консолидацията на шлама в парогенераторите. Изследване влиянието на филмообразуващи амини, алтернативи на хидразина и дисперсанти върху корозионната ерозия и шламообразуване. Разработване на нова версия на предиктивен детерминистичен модел, отчитаща влиянието на този тип добавки. Изследване на двуфазната корозионна ерозпя чрез електрохимични методи – контрол на скоростта на процесите и продуктите им (йони и колоидни частици), дефиниране на скоростоопределящите етапи в зависимост от материалите и воднохимичния режим в парогенераторите.

Публикации:

1. M. Bojinov, I. Betova, V. Karastoyanov, G. Avdeev, Corrosion of stainless steel in simulated nuclear reactor primary coolant – experiments and modeling, Materials 17(2024) 1148 Q2 (Materials Science) https://doi.org/10.3390/ma17051148
2. M. Bojinov, I. Betova, V. Karastoyanov, Corrosion mechanism and electrochemical reactions on Alloy 690 in simulated primary coolant of water-water energy reactors Materials 17(2024) 1846 Q2 (Materials Science) https://doi.org/10.3390/ma17081846
3. M. Bojinov, L. Chang, T. Saario, Z. Que, Corrosion of 316L stainless steel produced by laser powder bed fusion and powder metallurgy in pressurized water reactor primary coolant, Materialia 34 (2024) 102055. Q2 (Materials Science) https://doi.org/10.1016/j.mtla.2024.102055
4. S. Goel, M. Bojinov, T.Saario, J. Capek, E. Polatidis, T. Kantonen, A. Salminen, M. Blankenburg, A. Ganvir, Z. Que, Corrosion behavior of laser powder bed fusion manufactured nickel-free stainless steels in high-temperature water, Corrosion Science 239(2024)112410. Q1 (Materials Science) https://doi.org/10.1016/j.corsci.2024.112410
5. K. Sipilä, P. Ferreiros, T. Ikäläinen, A. Mikkelson, I. Betova, M. Bojinov, Decomposition products of oxygen scavengers and their effect on corrosion of steam generator materials – I. Diethyl-hydroxylamine and carbohydrazide, Corrosion Science 240 (2024) 112476 Q1 (Materials Science) https://doi.org/10.1016/j.corsci.2024.112476
6. N. Ivanova, V. Karastoyanov, I. Betova, M. Bojinov, Study of ammonia adsorption on magnetite surfaces with molecular dynamics simulations, Molecules 29 (2024) 3276 Q1 (Chemistry-miscellaneous) https://doi.org/10.3390/molecules29143276
7. M. Bojinov, S. Goel, T. Ikäläinen, T. Saario, Effect of sulfide addition on the corrosion mechanism of copper in saline groundwater solution, Journal of The Electrochemical Society 171(2024) 041505 Q1 (Materials Chemistry) https://doi.org/10.1149/1945-7111/ad3fed
8. M. Bojinov, I. Betova, V. Karastoyanov, Multi-method characterization of anodic oxidation of a titanium alloy in fluoride-containing electrolytes, Journal of Solid State Electrochemistry 27 (2023) 1835–1846. Q2 (Materials Chemistry) https://doi.org/10.1007/s10008-023-05442-9
9. M. Bojinov, Y. Penkova, I. Betova, V. Karastoyanov, Mechanism of anodic dissolution of tungsten in sulfate-fluoride solutions, Metals 14(2024)1004. Q1 (Metals and Alloys) https://doi.org/10.3390/met14091004
10. I. Betova, M. Bojinov, V. Karastoyanov, Corrosion of low-alloyed steel in ethanolamine steam generator chemistry – effect of temperature and flow rate, Molecules 30 (2025) 418 (Q1), https://doi.org/10.3390/molecules30020418
11. I. Dimitrova, R. Slavchov, Charge regulation in liquid films stabilized by ionic surfactants: change of adsorption with film thickness and phase transitions, Molecules 30 (2025) 659 (Q1), https://doi.org/10.3390/molecules30030659
12. M. Bojinov, I. Betova, N. Ivanova, V. Karastoyanov, Effect of temperature and flow rate on erosion-corrosion mechanism of low-alloy steel in simulated steam generator conditions Materials 18(2025) 944 (Q1), https://doi.org/10.3390/ma18050944
13. N. Ivanova, V. Karastoyanov I. Betova, M. Bojinov, Interaction of ethanolamine with magnetite through molecular dynamics simulations, Molecules, 30 (2025) 3197 (Q1), https://doi.org/10.3390/molecules30153197
14. I. Betova, M. Bojinov, V. Karastoyanov, Corrosion mechanism of austenitic stainless steel in simulated small modular reactor primary water chemistry, Metals 15 (2025) 875, https://doi.org/10.3390/met15080875
15. Y. Penkova, I. Betova, S. Budeva, V. Karastoyanov, M. Bojinov, Synthesis, modification and characterization of tungsten oxide catalysts for photoelectrochemical water splitting, J. PhotoChem. PhotoBiol. A  470 (2026) 116665 (Q2), https://doi.org/10.1016/j.electacta.2024.143908
16. S Ojasalo, A Antikainen, S Nandy, V Nurmi, M   Bojinov, V. Karastoyanov, E. Huttunen-Saarivirta, High temperature corrosion of steels by nitridation in ammonia, Surface and Coating Technology – to be published
17. M. Bojinov, I. Betova, V. Karastoyanov, Corrosion and anodic oxidation of Alloy 690 in simulated primary coolant of a small modular reactor studied by in-situ electrochemical impedance spectroscopy, Metals – to be published
18. K. Sipilä, M. Bojinov, E. Huttunen-Saarivirta, S. Goel, Ch. Soundararajan, Electrochemical behavior of duplex and austenitic stainless steels in hot sulfuric and hydrochloric acid, Electrochimica Acta – to be published
19. Y. Penkova, I. Betova, S. Vasileva, V. Karastoyanov, M. Bojinov, Electrochemically synthesized copper-tungsten oxides as photo-cathodes for light-assisted water splitting, J. PhotoChem. PhotoBiol. A – to be published
20. A. Toivonen, Ch. Soundararajan, M. Bojinov, P. Pohjanne, E. Huttunen-Saarivirta, Stress corrosion cracking of nickel alloys in anoxic chloride and elemental sulfur containing high-temperature alkaline solutions – to be published
21. K. Sipilä, P. Ferreiros, T. Ikäläinen, A. Niemelä, I. Betova, M. Bojinov, Decomposition products of oxygen scavengers and their effect on corrosion of steam generator materials – II. Erythorbic acid and methyl-ethyl-ketoxime – to be published
22. K. Sipilä, P. Ferreiros, T. Ikäläinen, I. Betova, M. Bojinov, Long-term interaction of commercial hydrazine alternatives with tube materials in simulated nuclear plant steam generator conditions  – to be published