Влияние высокодозного нейтронного облучения на изменение физико-механических свойств и микроструктуры реакторных марок бериллия

• Автор: Посевин, Алексей Олегович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Ульяновск
• Количество страниц: 138 с. : ил.

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ И СПЕЦИАЛЬНЫХ ТЕРМИНОВ аррт - количество примесных атомов на миллион атомов бериллия;
D - коэффициент диффузии, см2/сек;
Е„ - энергия нейтронов, МэВ;
F- флюенс нейтронов, см-2;
//,, - микротвердость, МПа; а - прикладываемое напряжение, МПа;
Тобя - температура облучения, °С;
HFIR - высокопоточный реактор (High Flux Isotope Reactor);
HFBR - высокопоточный реактор (High Flux Beam Reactor);
ГВ - горячее выдавливание;
ТИП - горячее изостатическое прессование;
ГП - горячее прессование;
ИТЭР - интернациональный термоядерный экспериментальный реактор; Исх. сост. - исходное состояние (до облучения);
КЛТР - коэффициент линейного термического расширения;
МД - микродифракция;
МИР - исследовательский реактор на тепловых нейтронах;
МНК - метод наименьших квадратов;
МэВ - мегаэлектронвольт;
НИИАР - Научно-Исследовательских Институт Атомных Реакторов; Обл. сост. - облученное состояние;
СКО - среднее квадратическое отклонение;
СМ - высокопоточный исследовательский реактор;
СП - светлое поле;
СПАЗ - средняя плоскость активной зоны;
СЭМ - сканирующая электронная микроскопия;
ТП - темное поле;
ТЭМ - трансмиссионная электронная микроскопия;
ЦБТМ - центральный блок трансурановых мишеней.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
1.1. Применение бериллия в реакторной технике
1.2. Свойства бериллия в исходном состоянии
1.3. Свойства бериллия после облучения
1.3.1. Радиационно-индуцированное образование дефектов и накопление трансмутированных атомов
1.3.2. Распухание
1.3.3. Изменение механических характеристик при облучении
1.4. Вьтводы по главе
ГЛАВА 2: МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ
2.1. Материалы, образцы, изделия
2.2. Облучение образцов и изделий
2.3. Методики материаловедческих исследований
ГЛАВА 3. РАДИАЦИОННОЕ ОХРУПЧИВАНИЕ И РАЗУПРОЧНЕНИЕ БЕРИЛЛИЯ
3.1. Зависимости механических свойств на растяжение и сжатие бериллия марки ТВ-56 от температуры облучения и флюенса нейтронов
3.2. Влияние композиции и технологии изготовления на степень деградации механических свойств бериллия под облучением
3.3. Зависимость микротвердости от температуры облучения и флюенса нейтронов
3.4. Выводы по главе
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ГАЗОНАКОПЛЕНИЯ И РАСПУХАНИЯ В БЕРИЛЛИИ
4.1. Зависимость содержания гелия в образцах бериллия от флюенса нейтронов
4.2. Зависимость распухания от температуры облучения и флюенса нейтронов..84 4.3-. Изменение параметров элементарной ячейки бериллия при облучении
4.4. Выводы по главе
ГЛАВА 5. ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗМЕНЕНИЙ МИКРОСТРУКТУРЫ БЕРИЛЛИЯ ПРИ ОБЛУЧЕНИИ
5.1. Исследование микроструктуры бериллия с помощью ТЭМ
5.1.1. Характеристики микроструктуры облученного бериллия
5.1.2. Образование дислокационных петель
5.1.3. Образование пор и газовых пузырьков
5.2. Исследование микроструктуры бериллия с помощью метода оптической металлографии
5.3. Выводы по главе

ГЛАВА 6. ВАРИАНТЫ УВЕЛИЧЕНИЯ СРОКА СЛУЖБЫ БЕРИЛЛИЕВЫХ БЛОКОВ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ РЕАКТОРОВ СМ И МИР
6.1. Основные факторы радиационного воздействия на бериллиевые блоки
ОТРАЖАТЕЛЯ И ЗАМЕДЛИТЕЛЯ. ОПЫТ ЭКСПЛУАТАЦИИ БЕРИЛЛИЕВЫХ БЛОКОВ В РЕАКТОРАХ
СМ и МИР
6.2. Расчет срока службы конструкционных материалов из бериллия в ядерном РЕАКТОРЕ
6.3. Пути увеличения срока службы бериллиевых блоков
6.4. Выводы по главе
ВЫВОДЫ
ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Таблица 1.3.1.2.
Накопление газообразных продуктов ядерных реакций (гелия и трития) в
облучённом нейтронами бериллии.
Флюенс нейтронов, см~2 Содержание гелия, аррт Содержание трития, аррт Источник
1,24-1021 (£>0,1 МэВ) 480 12 [50]
2,1-1021 (£>1 МэВ) 715 И.О.* Г53]
3,0-1021 (£>0,5 МэВ) 1880±360 370±70 Г 54]
4,3-1021 (£>1 МэВ) 500-1000 И.О. [57]
5,5-1021 (£>0,1 МэВ) 1000 и.о. [29]
0,9-1022 (£>0,1 МэВ) 1161 20 [55]
1,0-1022 (£>0,5 МэВ) 4400±400 785±155 [54]
1,0-1022 (£>0,1 МэВ) 2100 И.О. Г56]
1,1-1022 (£>0,1 МэВ) 3798-3983 и.о. [51]
2,0-1022 (£>0,1 МэВ) 3061 203 [55]
2,8-1022 (£>1 МэВ) 11416 544 [46]
3,4-1022 (£>0,1 МэВ) 12830-12719 И.О. [511
8,0-1022 (£>1 МэВ) 5742 20 Г461
3,88-1022 (£>0,1 МэВ) 9990 И.О. Г521
*Н.О. - не определялось
При облучении в реакторе BR-2 до флюенса нейтронов 5,5-1022см2 наблюдается линейное увеличение концентрации гелия в бериллии [51, 58] (Рис. 1.3.1.1).
Гелий является инертным газом с радиусом атома порядка 1,28 Â [23] (rBe=l,13 À [23]) и обладает чрезвычайно малой растворимостью в металлах [60]. Гелию энергетически выгодно объединяться с вакансиями, образовывая газовакансионные комплексы [61, 62], и накапливаться на различных стоках (дислокациях, границах зёрен, частицах вторых фаз, порах и т.п.). При этом состояние атомов гелия в бериллии напрямую зависит от их диффузионной подвижности, что, в свою очередь зависит от концентрации и подвижности вакансий, то есть от температуры. Большинство радиационных эффектов в бериллии многие исследователи связывают именно с накоплением атомов гелия и трития. Поэтому проблеме диффузионной подвижности этих атомов в бериллии уделяют большое внимание.