Исследование и обоснование радиационного ресурса внутрикамерных узлов термоядерных реакторов

• Автор: Фабрициев, Сергей Анатольевич
• Шифр специальности: 01.04.13, 05.02.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 358 с. : ил.

Введение
Глава 1. Обзор условий эксплуатации и характеристик материалов и соединений для энергонапряженных

внутрикамерных узлов ИТЭР

1.1. Конструкция и системы ИТЭР

1.2. Условия эксплуатации энергонапряженных узлов ИТЭР

1.3. Свойства сплавов меди и соединений для ИТЭР

1.4. Способы создания и свойства соединений сплавов меди

1.5. Постановка задачи исследования

Глава 2. Материалы и методики исследований

2.1. Материалы исследования

2.2. Методики испытаний

2.3. Техника облучения
Глава 3. Влияние технологии создания элементов с высокой тепловой нагрузкой для ИТЭР на структуру и свойства материалов
3.1. Влияние технологических процедур создания соединений на свойства материалов.
3.2. Влияние технологической обработки на радиационную
стойкость сплавов меди и соединений типа медьсталь
Глава 4. Влияние высоких доз радиационного повреждения на свойства базовых сплавов меди и соединений типа медьсталь
4.1. Влияние нейтронного облучения на свойства базовых сплавов
4.2. Исследование радиационной стойкости сплавов меди и стали
6ЬЫ, прошедших ГИП обработку
4.3. Влияние нейтронного облучения на прочность и пластичность соединений типа СорАЬМ, СиСг7г6ЬЫ
Глава 5. Специальные эксперименты в обоснование
радиационной стойкости материалов применительно к
условиям облучения в ИТЭР
5.1. Влияние накопления гелия и радиационного повреждения на высокотемпературное радиационное охрупчивание сплавов меди
5.2. Влияние гелия на радиационное распухание сплавов меди
5.3. Влияние нейтронного спектра на электропроводность
5.4. Влияние нейтронного спектра на радиационное упрочнение сплавов меди
5.5. Влияние радиации на ползучесть сплавов меди
5.6. Экспериментальное обоснование режимов восстановления пластичности облученных сплавов меди с помощью специальных отжигов.
5.7. Исследование влияние цикла облучение отжиг облучение на механические свойства чистой меди и сплава на основе меди, применяемых в ИТЭР
Глава 6. Оценка влияния технологии изготовления и факторов эксплуатации на ресурс сплавов меди для ИТЭР Заключение Литература
ВВЕДЕНИЕ


В целом, представленные результаты демонстрируют, что сплавы меди будут эксплуатироваться в энергонапряженных узлах ИТЭР в очень жестких условиях воздействия высоких температур, значительных тепловых и механических нагрузок, нейтронного облучения. Кроме того, воздействие напряжений и повышенных температур будет происходить циклически, что требует от сплавов меди высокой сопротивляемости циклической усталости. Ниже будут рассмотрены подробно физикомеханические свойства сплавов меди и то, насколько они отвечают требованиям предъявляемым к ним условиями эксплуатации в ИТЭР. Отдельно рассматривается вопрос о полноте существующей базы данных по сплавам меди и необходимости ее пополнения для обоснования ресурса сплавов меди в условиях эксплуатации в ИТЭР. Высокопрочные сплавы на основе меди с высокой теплопроводностью считаются перспективным классом материалов для компонентов термоядерного реактора, которые должны отводить достаточно высокие тепловые потоки. В результате первых предварительных исследований, выполненных для Международного Термоядерного Экспериментального Реактора ИТЭР, было предложено использовать медные сплавы для конструкции дивертора и элементов первой стенки. Снижение температуры поперек мм пластины, изготовленной из сплава меди с высокой теплопроводностью, при тепловой нагрузке 1 МВтм2 составляет С. Медные сплавы широко используются благодаря их высокой электро и теплопроводности, превосходному сопротивлению коррозии, легкости изготовления, и хорошей прочности . Производственная инфраструктура медных сплавов хорошо развита. Мировое ежегодное производство и потребление меди превышает Ю кг, где чистая медь имеет долю более . Ежегодное производство специализированных сплавов с высокой прочностью и теплопроводностью, таких как СиСггг и СиА0з, превышает 6 кг. Выполнено несколько обзоров по свойствам необлученных и облученных медных сплавов . Общие требования к конструкционным материалам, подвергаемым действию высокого теплового потока, приведены в статье . В данном обзоре будут суммированы сведения о физических и механических свойствах медных сплавов. Таблица 4 суммирует физические свойства чистой меди , , . Высокая теплопроводность меди к1Ь0 ВтмК поддерживается в широком диапазоне температур, делая этот материал очень полезным для приложений, где требуется высокий тепловой поток. Так как свободные электроны в меди главным образом ответственны за перенос как тепловых, так и электрических потоков, то теплопроводность и удельное электросопротивление ре связаны законом ВидеманаФранца, крЬТ, где Т абсолютная температура, и Ь постоянная Лоренца, которая имеет теоретическое
значение 2. ВтОмК . Экспериментальные измерения числа Лоренца для меди указывают, что оно немного ниже теоретического значения, в пределах от 2. С до 2. С . Измерения удельного электросопротивления могут проводиться и на образцах, предназначенных для другой цели например, на разрывных образцах, облученных нейтронами, и отношение ВидеманаФранца позволяет оценить теплопроводность меди и медных сплавов на основе данных удельного электросопротивления, не делая прямого измерения к,н. Хотя чистая медь и показывает очень высокую теплопроводность, все же прочность ее относительно низка. Легирование некоторыми элементами, переходящими в твердый раствор, в общем, не эффективны с точки зрения увеличения прочности меди на существенную величину, но вызывают сопутствующее уменьшение теплопроводности. Коммерчески доступны две категории высокопрочных сплавов меди с высокой теплопроводностью, а именно дисперсионноупрочненные сплавы типа СиСг2г и дисперсноупрочненные сплавы типа СиАЬОз. В СПИСОК ДЛЯ чистой меди в таблице 4 в пределах нескольких процентов за исключением и рс. Таблица 5 представляет химический состав нескольких коммерчески доступных высокопрочных сплавов меди с высокой теплопроводностью. ТАБЛИЦА 4. Теплофизические свойства чистой меди , ,. Теплота плавления 2. Теплота сублимации 4. Давление паров 1. Па при 0С 0. Па при С 0. Коэффициент теплового расширения а . Коэффициент Пуассона у 0. С 0. Удельное сопротивление рс . Омм при С .