Накопление гелия в стали и бериллии при облучении в исследовательских реакторах

• Автор: Белозеров, Сергей Витальевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Ульяновск
• Количество страниц: 109 с. : ил.

Глава 1. Литературный обзор (постановка задачи)

1.1 Модели накопления гелия в коррозионно-стойких сталях

1.2. Модели накопления гелия в бериллии

1.3. Методы экспериментального определения накопления гелия в облученных конструкционных материалах

Глава 2. Методики измерения содержания гелия

2.1. Основы масс-спектрометрического метода измерения содержания гелия в облученных материалах с применением изотопного разбавления

2.1.1. Особенности определения содержания изотопа 4Не

2.1.2. Особенности определения содержания изотопов 3Не и 4Не

2.2. Оборудование и приспособления

2.3. Масс-спектрометрический метод измерения содержания гелия с применением объемной калибровки

2.4. Метрологическая аттестация методик измерения содержания гелия

Глава 3. Зависимости накопления гелия в коррозионно-стойких сталях от повреждающей дозы и спектра нейтронов
3.1. Накопление гелия в тепловом спектре нейтронов
3.2. Накопление гелия в быстром спектре нейтронов
Глава 4. Накопление и поведение гелия в бериллии при низкотемпературном реакторном облучении
4.1. Определение дозовой зависимости накопления гелия в бериллии
4.2. Исследование диффузионной подвижности гелия в бериллии после низкотемпературного облучения
Выводы
Список литературы

Актуальность работы
Одним из факторов, определяющих деградацию физико-механических свойств конструкционных материалов при реакторном облучении, является накопление значительного количества газов, образующихся в облученных нейтронами материалах в результате ядерных реакций [1-4]. Среди этих радиогенных газов особый вклад в радиационное повреждение материалов вносит гелий, который, являясь инертным газом, обладает низкой растворимостью в конструкционных материалах, вследствие чего накапливается в них при реакторном облучении в виде пузырьков газа или сложных кластерных объединений с собственными и радиационно-индуцированными дефектами структуры материалов. Взаимодействие гелия с различными дефектами структуры конструкционных материалов является одним из факторов, влияющих на изменение структуры, развитие пористости, процессы распухания и охрупчивания конструкционных материалов при реакторном облучении и, в конечном счете, может являться причиной сокращения срока эксплуатации или даже разрушения конструктивных элементов ядерных реакторов.
Изучение эффектов влияния гелия на свойства конструкционных материалов является актуальной задачей, что нашло отражение в программах научно-исследовательских работ, утвержденных Федеральным Агентством по Атомной Энергии Российской Федерации. Данная работа выполнена в соответствии со следующими программами:
- Программа научно-исследовательских работ по конструкционным материалам ВКУ ВВЭР на 1997-2003 г. (805-ПР-5109, координатор - ОКБ “Гидропресс”);
- Отраслевая программа “Физика радиационных повреждений материалов атомной техники” на 2001-2005 г. (координатор - ФГУП “ГНЦ РФ ФЭИ”).
В последние годы за рубежом, в частности, в Pacific Northwest National Laboratory (США) и SCK-CEN (Бельгия) активно разрабатываются высокоточные методы определения инертных радиогенных газов в
облученных реакторных материалах. К моменту проведения настоящей работы такие методы в организациях Минатома отсутствовали, поэтому стояла актуальная задача по их разработке, изготовлении специализированного оборудования и апробации разработанных методик на коррозионно-стойких сталях и реакторном бериллии.
Цель работы
Целью настоящей работы явилось выявление основных закономерностей накопления, выхода и поведения гелия в образцах стали и бериллия, облученных в исследовательских реакторах СМ и БОР-60, в зависимости от повреждающей дозы, флюенса, спектра нейтронов и температуры отжига. Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:
1. Разработка экспериментальной установки для измерения содержания гелия в облученных конструкционных материалах с температурой плавления менее 2000 °С на базе серийного масс-спектрометра МИ-1201.
2. Разработка и аттестация методик измерения содержания гелия в диапазоне 1-104 млн'1 в облученных конструкционных материалах масс-спектрометрическим методом с применением изотопного разбавления и объемной калибровки.
3. Расчетно-экспериментальные исследования накопления гелия в образцах облученных коррозионно-стойких сталей типа Х17Н13МЗ, Х18Н10 и бериллия марки ТВ-56 в диапазоне 1 -104 млн'1.
4. Электронно-микроскопические исследования дефектной структуры облученного и отожженного бериллия ТВ-56.
Научная новизна
1. Разработанные методики определения количества, массовой и молярной доли гелия в образцах облученных конструкционных материалов масс-спектрометрическим методом с применением изотопного разбавления и
Рис. 10. Принципиальная схема установки экстракции газов: 1-вакуумная система, 2-система измерения вакуума, 3-датчик давления метки, 4-система приготовления поверочных смесей, 5-калибровочное устройство, 6-безмасляные вакуумные насосы, 7-калиброванные ампулы, 8-шлюз для загрузки образца, 9-камера образца (ячейка дегазации), 10-высокочастотный индуктор.