Закономерности развития газовой пористости в конструкционных материалах ядерных реакторов

• Автор: Овчаренко, Алексей Михайлович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 119 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. МЕТОДЫ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО ИССЛЕДОВАНИЯ

РАЗВИТИЯ ПОРИСТОСТИ В МАТЕРИАЛАХ ЯЭУ И ТЯР

1Л. Общая теория конденсации пересыщенных растворов

1.2. Общая кинетическая теория гомогенного зарождения

1.3. Модель Катца-Видерзиха

1.4. Модель Лифшица-Слезова

1.5. Модель коалесценции газовых пор по механизму броуновской

миграции
1.6. Модель коалесценции газовых пор за счет перерастворения газа
1.7. Проблема численного решения основного кинетического
уравнения
1.8. Уравнение Фоккер-Планка
1.9. Метод группирования кластеров по размерам
1.10. Метод суммирования по путям
1.11. Метод моментов
1.12. Метод Монте-Карло
Заключение по разделу 1
2. НОВЫЙ МЕТОД ЧИСЛЕННОГО РЕШЕНИЯ БОЛЬШИХ
СИСТЕМ КИНЕТИЧЕСКИХ УРАВНЕНИЙ
2.1. Идея метода группирования кластеров по размерам
2.2. Метод группирования Киритани
2.3. Уравнение Фоккер-Планка с дискретизацией
2.4. Анализ и критика метода Киритани
2.5. Группирование на основе метода моментов
2.5.1. Основное кинетическое уравнение в групповом приближении
для случая однокомпонентных частиц вторичных фаз
2.5.2. Основное кинетическое уравнение в групповом приближении
для случая двухкомпонентных частиц вторичных фаз
2.5.3. Уравнение агрегации в групповом приближении
2.6. ЭВМ-программа
Заключение по разделу 2

3. ВЕРИФИКАЦИЯ ПРЕДЛОЖЕННОГО МЕТОДА
ЗЛ. Численное решение модельной задачи Койвы
3.2. Моделирование процесса Оствальда и сравнение результатов
с асимптотическим решением задачи Лифшица-Слезова
3.3. Моделирование зарождения вакансионных скоплений под
облучением и сравнение с результатами теории гомогенного зарождения Катца-Видерзиха
Заключение по разделу 3
4. МОДЕЛИРОВАНИЕ ЗАРОЖДЕНИЯ И РОСТА ПОР И ПУЗЫРЬКОВ ГАЗА С ПРИМЕНЕНИЕМ
ПРЕДЛОЖЕННОГО МЕТОДА
4.1. Развитие вакансионной пористости под облучением
4.1.1. Общая теория
4.1.2. Обобщение теории с учетом влияния каскадообразующего
облучения
4.1.3. Моделирование эволюции вакансионных пор с учетом
стохастических флуктуаций концентраций точечных дефектов, инициированных в каскадах смещений
4.2. Газовая пористость при отжиге
4.2.1. Моделирование коалесценции газовых пор, протекающей по
механизму броуновской миграции
4.2.2. Моделирование коалесценции газовых пор, происходящей
за счет термического перерастворения газа
Заключение по разделу 4
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы
Накопление инертных газов в материалах ядерных энергетических установок (ЯЭУ), например, путем (п, а)-реакций, а также в результате прямой имплантации из плазмы и за счет распада трития в термоядерных реакторах (ТЯР), оказывают влияние на эволюцию микроструктуры материала, прежде всего, на эволюцию трехмерных вакансионных скоплений - пор. Известно, что атомы инертных газов способствуют зарождению и росту пор в облучаемых материалах, оказывая влияние на такие явления, как, например, распухание, и усиливая высокотемпературное радиационное охрупчивание. Эти явления приводят к нежелательным изменениям форм изделий активной зоны реакторов на быстрых нейтронах и механических свойств конструкционных материалов, что необходимо учитывать при разработке материалов для перспективных ядерных и термоядерных установок. Для этого необходимы теоретические знания основных механизмов диффузии газа в металлах, механизмов радиационного и термического растворения газа из газовакан-сионных пор. Кроме того, требуется понимание особенностей протекания характерных процессов эволюции газовакансионных скоплений - зарождения, роста, коалесценции газовых пузырьков в металлах как в условиях облучения, так и высокотемпературных отжигов для выявления их механизмов.
В основе эволюции газовакансионных пор лежит общее явление распада пересыщенных растворов частиц с образованием их скоплений. Наиболее общие качественные термодинамические основы этого явления известны давно. Однако его количественное изучение возможно лишь путем решения основного кинетического уравнения (ОКУ), что представляет известную сложность, которая состоит в том, что, с одной стороны, это уравнение не имеет точного аналитического решения для широкого круга практически значимых задач, за исключением нескольких частных случаев, а с другой стороны - его численное решение затруднено из-за неприемлемо затратных по времени вычислений.
Решение ОКУ, которое наиболее полно и последовательно описывает эволюцию кластеров при облучении и отжиге, является нетривиальной вычислительной

зарождения до коалесценции пузырьков газа возможно лишь с учетом реалистичных модельных предположений. Переход к рассмотрению моделей, имеющих практическое значение, делает необходимым численное решение основного кинетического уравнения (1.9), что является сложной вычислительной проблемой. Она состоит в том, что основное кинетическое уравнение представляет собой систему большого числа уравнений ~1012, каждое из которых описывает поведение скопления определенного размера. Очевидно, что численное интегрирование такого числа уравнений для практически значимого времени эволюции газовакансионных кластеров является невыполнимой вычислительной задачей. Поэтому требуются новые методы решения крупных систем уравнений, сокращающие число уравнений, и, одновременно, сохраняющие физическую сущность явления кластеризации вакансий и газа, которая описывается исходным кинетическим уравнением.