Стартовая >> Архив >> Генерация >> Материалы ядерных энергетических установок

Отжиг радиационных повреждений, влияние облучения на свойства при низких температурах - Материалы ядерных энергетических установок

Оглавление
Материалы ядерных энергетических установок
Ядерная энергия и материалы
Легководный реактор LWR
Тяжеловодный реактор HWR
Реактор типа LMFBR
Перспективы использования термоядерной энергии
Радионуклидное производство энергии и ее использование
Требования, предъявляемые к выбору ядерных материалов
Свойства реакторных материалов
Анализ специфических свойств материалов при их выборе для ядерных реакторов
Выбор материалов и анализ конструкции с помощью ЭВМ
Компоненты и материалы ядерных реакторов деления
Ядерные топливные материалы
Конструкционные материалы
Материалы органов регулирования, теплоносители
Материалы защиты, системы аварийной защиты
Атомная электростанция (с реактором деления)
Фундаментальные радиационные явления в материалах
Радиационное повреждение нейтронами
Влияние облучения на реакторные материалы
Влияние облучения на физические свойства материалов
Влияние облучения на механические свойства материалов
Влияние облучения на коррозию, свелинг
Отжиг радиационных повреждений, влияние облучения на свойства при низких температурах
Металлический уран
Коррозия урана
Сплавы урана
Влияние облучения на урановое топливо
Керамический уран
Диоксид урана
Радиационное распухание оксидного топлива
Радиационная ползучесть оксидного топлива
Выделение газообразных продуктов деления из оксидного топлива
Монокарбид урана
Нитрид, силицид и сульфиды урана
Коррозия керамического урана, техника безопасности
Плутоний
Металлические сплавы плутония
Керамические соединения плутония
Смешанное керамическое уран-плутониевое топливо
Коэффициент воспроизводства, избыточный коэффициент и время удвоения плутония
Радиационные эффекты плутония
Коррозионные эффекты плутония
Меры безопасности при работе с плутонием
Торий
Свойства тория
Получение и сплавы тория
Керамические соединения тория
Радиационные и коррозионные эффекты тория
Радиоактивный распад в торий-урановом топливном цикле
Конструкционные материалы: металлы
Конструкционные материалы: бериллий и его соединения
Конструкционные материалы: магний
Конструкционные материалы: алюминий
Конструкционные материалы: цирконий
Конструкционные материалы: нержавеющая сталь и никелевые сплавы
Конструкционные материалы: керамика и керметы
Влияние облучения на конструкционные материалы
Коррозия конструкционных материалов
Материалы замедлителя и отражателя
Графит
Материал бланкета
Материал теплоносителя
Материалы систем регулирования, защиты и аварийной защиты
Защита реактора
Системы аварийной зашиты реактора и используемые в них материалы
Материалы в топливных циклах, процессах обогащения и переработки топлива
Обогащение топлива
Переработка топлива
Материалы, используемые в процессах переработки отработавшего топлива
Переработка ядерного топлива
Топливные материалы, участвующие в U-Pu-топливном цикле
Тепловыделяющие элементы
Связующий материал твэлов
Материалы, применяемые при изготовлении твэлов
Каналы для теплоносителя и системы трубопроводов
Корпуса реакторов под давлением
Радиационные эффекты при работе материалов ядерного топлива и конструкционных материалов
Коррозия и трещины материалов твэлов, коррозия каналов теплоносителя
Образование коррозионных и усталостных трещин и течей в каналах для теплоносителей, трубопроводах
Материалы радионуклидных генераторов энергии и термоядерных реакторов
Радионуклидное топливо
Материалы оболочек, материалы и теплоносители радионуклидных генераторов
Концептуальные проекты термоядерных реакторов
Компоненты и материалы термоядерных реакторов
Материалы для изготовления магнитной системы и системы безопасности термоядерных реакторов
Взаимодействие материалов с первой стенкой термоядерного реактора
Материалы первой стенки термоядерного реактора и влияние на них облучения

ВЛИЯНИЕ ОБЛУЧЕНИЯ НА СВОЙСТВА МАТЕРИАЛОВ ПРИ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ

Выше было рассмотрено влияние облучения на физические, тепловые, механические и химические свойства реакторных материалов при повышенных температурах. Здесь же обсуждается влияние облучения при криогенных температурах на свойствах электрических сверхпроводников и материалов сосудов для жидкого Не и Н. Сверхпроводники, например Nb3Sn, NbTi, необходимы для получения сильных магнитных полей, способных удержать высокотемпературную плазму в энергетических реакторах управляемого термоядерного синтеза (УТС). Такие конструкционные материалы, как титановые сплавы Ti — 5% Al — 2,5% Sn и Ti-6% Al-4% V по массе, используют для работы при температурах жидкого гелия (4,2 К) и жидкого водорода (20 К) в космических аппаратах и ядерных реакторах. Сверхпроводящие материалы Nb3Sn (температура перехода около 11,8 К) и NbTi, как и указанные выше сплавы титана, освоены промышленностью. Применение сверхпроводящих систем возможно и в УТС, и в других системах преобразования энергии.

Рис. 5.42. Зависимость предела текучести сплава Ti - 5% Al —  2,5% Sn по массе обычной (сплошная кривая) и высокой (штриховая) чистоты по примесям от флюенса нейтронов. Максимальный флюенс 10+18 нейтр./см2, облучение при температуре 17 К
Рис. 5.43. Зависимость предела текучести сплава Ti - 6% Al —  4% V по массе от флюенса нейтронов для отожженного (сплошная кривая) и состаренного (штриховая) состояний. Максимальный флюенс равен 1018 нейтр./см2; облучение при температуре 17 К

Например, достижимая в импульсных устройствах плотность энергии 5-10+7 Дж/м2 при магнитном потоке 10 Вб/м2 намного превышает возможности электростатических накопителей (конденсаторов).
Экспериментальные данные показывают, что облучение при криогенных температурах ускоряет наступление охрупчивания, повышает механическую прочность сверхпроводников и материалов криогенных сосудов [18-23]. Пороговый флюенс для материалов УТС и космической техники при криогенных температурах равен 10+7 нейтр./см2. На рис. 5.42 и 5.43 показаны зависимости пределов текучести и прочности от флюенса нейтронов, чистоты по примесям, старения и отжига для сплавов Ti — 5% Al — 2,5% Sn и Ti — 6% Al — 4% V по массе соответственно [23].
Сверхпроводящие материалы могут играть важную роль в развитии термоядерной энергетики. Поэтому защита сверхпроводящих материалов магнитных систем термоядерных реакторов от нейтронного облучения является практически важной.

ОТЖИГ РАДИАЦИОННЫХ ПОВРЕЖДЕНИЙ

Отжигом называется процесс термической обработки для снятия остаточных напряжений и возврата пластичности холоднодеформированному (нагартованному) материалу. В последнее время процесс отжига применяется для устранения радиационных повреждений. Другими словами, отжиг может устранить последствия радиационного воздействия на физические, тепловые и механические свойства реакторных материалов, особенно топлива и конструкционных материалов.


Рис. 5.44. Влияние отжига на твердость (верхняя кривая) и электросопротивление (нижняя) облученных сплавов U-Al

Рис. 5.45. Влияние отжига на свойства облученных конструкционных материалов

Механический наклеп металлов объясняется моделью, основанной на представлении об искажениях кристаллической решетки, а радиационное повреждение — смещениями атомов из узлов решетки, термическими пиками и пиками смещений и другими моделями (см. § 4.5). И холодный наклеп, и радиационное повреждение связывают, главным образом, с несовершенствами или дефектами кристаллического строения (см. § 4.2—4.4). Поэтому отжигать можно и необлученные нагартованные металлы, и радиационно-поврежденные реакторные материалы.
Процессы при отжиге, приводящие к снятию радиационного повреждения реакторного материала, довольно сложны. Рассматриваются два типа отжига: термический отжиг и радиационный отжиг. Некоторые дефекты, вызывающие радиационную деградацию свойств материала, можно частично отжечь путем повышения температуры и длительности отжига и тем самым частично восстановить некоторые физические, тепловые и - механические свойства материала. При радиационном отжиге после достижения в процессе работы реактора уровня насыщения повреждения любое повышение температуры облучения приведет к отжигу повреждения. Отжиг радиационных дефектов в процессах возврата, рекристаллизации и роста зерен в материале также частично восстанавливает его физические, тепловые и механические свойства.
На рис. 5.44 показано влияние отжига на твердость и электросопротивление облученных уран-алюминиевых сплавов [S], а рис. 5.45 дает определенное представление о влиянии отжига на изменение основных тепловых и механических свойств сплавов в результате процессов возврата, рекристаллизации и роста зерен. Из рис. 5.44 и 5.45 видно, что частичное восстановление при отжиге некоторых физических, тепловых и механических свойств материалов желательно и возможно. Однако следует учитывать влияние радиационной ползучести и радиационного распухания (неотжигающихся эффектов облучения) на конструкцию, режим эксплуатации, эффективность и безопасность работы реакторов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Радиационное воздействие, приводящее к деградации во времени ядерных, физических, тепловых, химических и механических свойств реакторных материалов, а также другие факторы могут сильно влиять  на конструкцию, режим работы, эффективность и безопасность реактора.

Таблица 5.2. Влияние облучения на ядерные, физические, тепловые и механические свойства материалов и их применение
Влияние облучения на ядерные, физические, тепловые и механические свойства материалов

Таблица 5.3. Различные технологические свойства материалов, применяемых в реа кто рос троен ни и космической технике


Свойство

Характер изменения свойства

Основная область проявления

Радиационное распухание

Возрастает

Топливные и конструкционные материалы, стержни управления реакторов деления и синтеза

Объем

Увеличивается

Плотность

Уменьшается

Коррозия

Увеличивается Незначительно увеличивается

В водных средах
В жидких металлах

При криогенных температурах

Сверхпроводимость

Сильно ухудшается

Сверхпроводники Материалы криогенной техники

Предел текучести

Увеличивается

Предел прочности

То же

Охрупчивание

 

После отжига

Предел текучести

Уменьшается (частично восстанавливается)

Конструкционные материалы

Предел прочности

То же

То же

Пластичность

Увеличивается (частично восстанавливается)

 

Твердость и хрупкость

Уменьшается (частично восстанавливается)

 

Электропроводность

Увеличивается (частично восстанавливается)

Электропроводящие
материалы

Магнитная восприимчивость

То же

Парамагнитные материалы

Теплопроводность

 

Теплопередающие среды и теплоносители

Изменение этих свойств связывают с дефектами решетки, образующимися, главным образом, в результате бомбардировки материалов нейтронами при работе реактора. Число образующихся дефектов и их тип зависят не только от спектра и флюенса нейтронов, температуры и длительности облучения, но также и от кристаллической структуры, чистоты по примесям, легирующих элементов, вида термообработки материала и др.
В табл. 5.2 обобщены экспериментальные данные, приведенные на рис. 5.4—5.45, а в табл. 5.3 дана качественная информация по радиационному распуханию, влиянию облучения на коррозию, свойствам материалов при криогенных температурах, а также влиянию отжига.



 
« Магнитный фильтр-сепаратор в схеме очистки производственного конденсата   Метод определения параметров тепловой изоляции паротурбинных блоков ТЭС »
электрические сети