Kernreaktoren arbeiten unter den extremsten Bedingungen des Industrietechnik-Bereichs und kombinieren intensive Strahlungsflüsse mit korrosiven Kühlmitteln und hohen Temperaturen. Die in Reaktorkernen, Primärkühlsystemen und Containment-Strukturen verwendeten Strukturmaterialien müssen über Jahrzehnte hinweg intakt bleiben. Schutzschichten sind eine entscheidende Verteidigungslinie, die Komponenten vor Degradation abschirmt, die die Sicherheit beeinträchtigen, die Wartungskosten erhöhen oder die Lebensdauer der Anlage verkürzen könnte. In den letzten zwei Jahrzehnten haben sich Beschichtungstechnologien von einfachen Korrosionsbarrieren zu hoch entwickelten multifunktionalen Systemen entwickelt, die auf nukleare Umgebungen zugeschnitten sind. Dieser Artikel untersucht die neuesten Innovationen in Bezug auf Beschichtungsmaterialien und -methoden, ihre Vorteile und Grenzen und die Forschungsrichtungen, die noch widerstandsfähigere Lösungen für die nächste Generation von Kernkraftwerken versprechen.

Die Umgebung des Kernreaktors: Ein anspruchsvoller Rahmen für Materialien

To appreciate the role of coatings, one must first understand the aggressive conditions inside a nuclear reactor. The primary coolant loop—whether light water, heavy water, or liquid sodium—carries heat away from the fuel assemblies but also promotes corrosion of metal surfaces. In water-cooled reactors, radiolysis produces oxidizing species like hydrogen peroxide, which accelerate general and localized corrosion. In sodium-cooled fast reactors, oxygen impurities and mass transport effects can cause corrosion and carburization. Meanwhile, high-energy neutron and gamma radiation induce displacement damage and transmutation within coating and substrate materials, altering their mechanical and chemical properties. Temperatures in pressurized water reactors (PWRs) reach around 320 °C, while in boiling water reactors (BWRs) they are slightly lower but still aggressive. Advanced reactors, such as very high-temperature reactors (VHTRs), push toward 900–1000 °C. The combination of thermal stress, radiation, and chemical attack demands coatings that can adhere firmly, maintain chemical stability, and self-