Содержание материала

ИЗМЕНЕНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ОБЛУЧАЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ

Действие облучения на основные физические свойства материалов реакторов деления и синтеза проявляется прежде всего в изменении электросопротивления (или проводимости), магнитной восприимчивости, магнитного сопротивления и постоянной Холла. Обычно электросопротивление растет с ростом интегрального нейтронного потока или длительности облучения, тогда как магнитная восприимчивость и постоянная Холла снижаются из-за накопления радиационных повреждений в кристаллической решетке.
На рис. 5.7 представлены зависимости электросопротивления меди от длительности облучения t при потоке тепловых нейтронов ф = = 1 • 1013 нейтр./ (см2 — с) и температурах 4,5 и 310 К.
На рис. 5.8 показано изменение скорости деградации электросопротивления меди с ростом длительности облучения при 4.5 К, а на рис. 5.9 — зависимость отношения конечного электросопротивления к начальному уран-алюминиевых сплавов с различным массовым содержанием U в сплаве от выгорания топлива.
На рис. 5.10 показано изменение магнитной восприимчивости искусственного графита реакторной чистоты с ростом флюенса нейтронов. Она резко падает при превышении флюенсом порогового значения (см. рис. 5.5). На рис. 5.11 приведена зависимость коэффициента магнитосопротивления графита от флюенса нейтронов [5]. Можно видеть, что коэффициент быстро уменьшается при превышении флюенсом пороговой дозы тепловых нейтронов т t = 3 • 10+19 нейтр./см2.

Рис.  5Л. Изменение электросопротивления меди с длительностью облучения потоком нейтронов 1013 нейтр./ (сма .с):
О — при 310 К; □ - при 4,5 К с последующим отжигом при 350 К
Рис. 5.8. Зависимость скорости деградации электросопротивления меди от длительности облучения


Рис. 5.10. Изменение магнитной восприимчивости искусственного графита с ростом флюенса нейтронов

Рис. 5.11. Зависимость коэффициента изменения электросопротивления в магнитном поле искусственного графита (исходное значение равно 5,1- 10+10 ед. СГСМ) от флюенса нейтронов
Рис. 5.12. Влияние облучения нейтронами при 30 С на постоянную Холла графита
Рис. 5.9. Влияние выгорания на электросопротивление сплавов U-Al

Зависимость постоянной Холла графита реакторной чистоты от флюенса нейтронов изображена на рис. 5.12. С ростом флюенса нейтронов постоянная Холла растет от отрицательных значений до положительного пикового, а затем уменьшается.
Влияние облучения на электросопротивление, магнитную восприимчивость, магнитосопротивление и постоянную Холла материалов ядерных (термоядерных) реакторов важно для систем, работающих в электромагнитных полях. Экспериментальные данные, представленные на рис. 5.7-5.12, показывают тенденции изменения физических свойств облучаемых материалов ядерных реакторов, которые справедливы, в частности, и для сверхпроводящих материалов систем магнитного удержания плазмы в реакторах управляемого термоядерного синтеза.

ВЛИЯНИЕ ОБЛУЧЕНИЯ НА ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Теоретически скорость высвобождения ядерной энергии для производства электричества не имеет ограничений. Однако максимальный уровень мощности и энергонапряженности реактора зависит от скорости, с которой тепло, высвобождающееся в ядерной реакции, может быть снято и утилизовано материалами ядерного реактора, т.е. топливом, тонким сдерживающим кожухом (например, оболочкой твэла реактора деления или первой вакуумной стенкой реактора синтеза), теплоносителем и системой прокачки. Другими словами, удаление тепла из ядерного реактора зависит от тепловых свойств реакторных материалов. В свою очередь, эти свойства могут изменяться вследствие радиационных повреждений материалов в активной зоне реактора.
Удельная теплопроводность или удельная температуропроводность - основная тепловая характеристика в процессах теплопередачи, например, от топлива к оболочке твэла. Результаты, представленные на рис. 5.13 [S], показывают, что значение отношения конечной и начальной обратных теплопроводностей сплавов U-Al (5.7; 15 и 17,2% U по массе) меняется по мере выгорания топлива. Из рисунка видно, что теплопроводность сплавов падает с увеличением выгорания прямо пропорционально флюенсу нейтронов.

Рис.  5.13. Влияние процессов деления топлива в уран-алюминиевых сплавах на их теплопроводность
Полагают, что снижение теплопроводности с ростом флюенса нейтронов будет аналогичным и для других реакторных материалов, особенно для конструкционных материалов, вследствие того что их кристаллическая структура довольно чувствительна к радиационному повреждению.