Стартовая >> Архив >> Генерация >> Реакторы-размножители на быстрых нейтронах

Оболочка и чехол - Реакторы-размножители на быстрых нейтронах

Оглавление
Реакторы-размножители на быстрых нейтронах
Воспроизводство и роль быстрых реакторов-размножителей
Физические принципы воспроизводства
Роль воспроизводства в оценках энергетических ресурсов
Программы исследования быстрых реакторов
Принципы конструирования
Механическая конструкция и система теплопередачи
Выбор материалов и параметров активной зоны
Экономический анализ
Обращение с топливом
Выгорание топлива
Уравнения выгорания
Время удвоения
Численные результаты анализа топливного цикла реактора с жидкометаллическим теплоносителем
Конструкции твэла и сборки
Перестройка топлива
Выделение газа из топлива и длина газовой полости
Критерий повреждаемости и анализ прочности твэла
Конструкция тепловыделяющей сборки
Другие сборки
Поведение совокупности сборок
Факторы перегрева
Материалы активной зоны
Топливо на основе урана
Топливо, содержащее торий
Общее сравнение топлива
Оболочка и чехол
Материалы оболочки
Теплоноситель
Совместимость с оболочкой
Сравнение различных теплоносителей
Органы управления
Основное оборудование теплоотводящих контуров реакторов
Регулирование параметров технологической схемы АЭС
Основное оборудование натриевых контуров
Натриевые насосы
Парогенераторы
Нейтронная защита
Защита оборудования теплоотводящих контуров в реакторе петлевого типа
Система транспортировки тепловыделяющих сборок
Измерительные системы
Контроль герметичности оболочек твэлов, течей
Вспомогательные системы
Общие вопросы безопасности реакторов БН
Многоступенчатая защита как концепция безопасности
Развитие методов исследования аварийных режимов
Оценка риска и методы исследования аварийных режимов
Контролируемые переходные процессы
ффективность системы аварийной защиты АЭС
Некоторые параметры, характеризующие состояние реактора в аварийных режимах
Вопросы надежности
Надежность системы аварийного расхолаживания реактора
Распространение локальных повреждений твэлов
Переходные процессы в объеме активной зоны
Другие аварийные режимы
Неконтролируемые аварийные режимы
Уравнения сохранения
Аварийные режимы с повышением мощности реактора
Разрушение твэлов
Прочие факторы
Аварийный режим с ухудшением условий теплоотвода
Неконтролируемый аварийный режим, связанный с прекращением циркуляции теплоносителя
Нарушение герметичности трубопроводов
Переходная стадия
Переходная стадия - расчет
Разрушение активной зоны
Защитная оболочка
Процесс расширения топлива
Взаимодействие расплавленного топлива с теплоносителем
Взрыв паров
Деформация элементов конструкции реактора
Охлаждение реактора после аварии
Аварийная разгерметизация бака реактора
Натриевые пожары
Конструкции защитных оболочек и локализующих систем
Конструкция быстрых реакторов с газовым охлаждением
Системы реактора
Конструкция активной зоны
Конструкция твэла
Безопасность газоохлаждаемых быстрых реакторов
Контролируемые аварии
Неконтролируемые аварии
Защитное окружение быстрых реакторов с газовым охлаждением
Сравнение гомогенного и гетерогенного проектных вариантов быстрого реактора CRBRP
Ядерная энергетика и быстрые реакторы

Оболочка твэла обеспечивает его целостность, механическую прочность и разделение топлива и теплоносителя. Она препятствует попаданию газообразных продуктов деления в первый контур теплоносителя1. В конструкции ТВС не менее важные функции выполняет чехол (см. § 8.4). Оболочка и чехол находятся примерно в одинаковых температурных и радиационных условиях, хотя имеются специфические различия, обусловливающие более жесткие требования к оболочке. Ниже мы рассмотрим свойства конструкционных материалов и требования к ним при выполнении тех или иных функций.

А. ТРЕБОВАНИЯ

Основным требованием к оболочке твэла быстрого реактора является прочность при высоких температурах и радиационная стойкость при длительном облучении. По экономическим соображениям необходимо, чтобы оболочка обладала ресурсом работы в активной зоне около 3 лет при максимальных температурах, близких к 700 °С в условиях облучения. Максимальный флюенс в быстрых реакторах2 составляет - 10+23 нейтр/см2, что примерно в 20 раз превышает флюенс в легководных реакторах. Работоспособность твэлов лимитируется эффектом распухания. Действительно, допуск на радиальную деформацию оболочки, как показывают экономические расчеты, не должен превышать 3 %. В этих условиях необходимо избежать преждевременных разрывов и трещин в оболочках.

1 В конструкции твэла может быть предусмотрено контролируемое вентилирование.

2 Радиационные повреждения материалов обычно связывают с действием нейтронов с энергиями выше 0,1 МэВ. При этом говорят о повреждающем флюенсе, и в данном случае речь идет о нем. Можно сделать более строгие оценки повреждающего флюенса с учетом всего спектра быстрых нейтронов.

Материал оболочки поглощает нейтроны и ухудшает нейтронный баланс в реакторе. Поэтому желательно, чтобы конструкционный материал имел низкое сечение поглощения нейтронов. Таблица 11.4 содержит такие данные по сечениям поглощения быстрых и тепловых нейтронов [12]. Следует иметь в виду, что поглощение нейтронов конструкционными материалами в быстрых реакторах не столь существенно, как в легководных. Это обусловлено следующими причинами. Во-первых, отношение сечений поглощения топлива и конструкционных материалов для спектра быстрых нейтронов гораздо ниже, чем для спектра тепловых нейтронов. Во-вторых, в быстрых реакторах доля конструкционных материалов меньше, чем в легководных.

Таблица 11.4. Нейтронные сечения поглощения быстрых и тепловых нейтронов для возможных компонентов конструкционных материалов


Элемент

σnγ(100 кэв), мб

σnγ (тепл), б

А1

4

0,230

Ti

6

5,8

Fe

6,1

2,53

Cr

6,8

3,1

V

9,5

15,1

Si

10,0

0,16

Со

11,5

37,0

Ni

12,6

4,8

Zr

15,1

0,18

Cu

24,9

3,77

Mn

25,6

13,2

Mo

71

2,7

Nb

100

1,15

W

178

19,2

Та*

325

21,0

* Используется как поглотитель в регулирующих стержнях.
Из табл. 11.4 следует, что цирконий, входящий в конструкционные материалы легководных реакторов (циркалой) и имеющий сравнительно низкое сечение поглощения тепловых нейтронов, не очень подходит для использования в быстрых реакторах. Кроме того, циркалой не удовлетворяет требованию прочности при высоких температурах, обычных для быстрых реакторов. Сечение поглощения быстрых нейтронов никелем также сравнительно велико, поэтому сплавы с высоким содержанием никеля нежелательны. Однако это соображение отходит на второй план при рассмотрении никелевых сплавов как возможных слабораспухающих конструкционных материалов.
Нержавеющая аустенитная сталь (марки 316) с холодной 20 %-ной деформацией выбрана в качестве основного варианта конструкционных материалов ближайшей серии реакторов БН. Аустенитная сталь характеризуется гранецентрированной кубической решеткой атомов железа (тогда как, например, ферритная сталь имеет объемно-центрированную кубическую решетку). Кристаллическая структура аустенитной стали устойчива в диапазоне температур от 910 до 1400 °С. Для стабилизации этой структуры при более низких температурах (вплоть до комнатной) в состав стали вводится добавка никеля. По сравнению с ферритной аустенитная сталь имеет преимущества, заключающиеся в лучших качествах по высокотемпературной ползучести и коррозийной стойкости. Тем не менее рассматриваются возможности использования ферритной стали в качестве конструкционных материалов быстрых реакторов (для оболочек твэлов и особенно для чехлов).

Б. РАДИАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА

Для материалов оболочек первостепенное значение имеют следующие четыре свойства: радиационное упрочнение, охрупчивание, распухание, радиационная ползучесть.

Радиационное упрочнение

Рис. 11.7. Типичная кривая «напряжение — деформация» при температурах выше (а) и ниже (б) температуры хрупкопластичного перехода; σγ — предел текучести; σf — предел прочности на разрыв (б) или напряжение разрушения (а); X — точки хрупкого (а) или пластического (б) разрушения; интервал εγ—εf характеризует область пластической деформации (деформации упрочнения)

При разупрочнении решетки, т. е. когда происходят внедрения атомов в плоскости скольжения, твердость материала увеличивается. Подобный процесс имеет место при пластической деформации. Он приводит к так называемому деформационному упрочнению. На рис. 11.7 показано, как начальная область упругой деформации с ростом напряжения переходит в область пластической деформации, которая сопровождается явлением деформационного упрочнения. Это явление положено в основу стандартной методики улучшения прочностных характеристик конструкционных материалов (методика холодной деформации). Применительно к оболочкам твэлов она заключается в их растягивании при комнатной температуре. Мерой холодной деформации является относительное изменение площади сечения. Холодную деформацию оболочек и чехлов реакторов БН доводят до 20 %, что почти эквивалентно изменению толщины стенок на 20 %. Сущность явления состоит в появлении дислокационных нарушений в структуре металла. Они меняют его механические свойства, в частности увеличивают предел текучести и уменьшают пластичность.
Аналогичный эффект упрочнения металлов наблюдается под действием излучения. При рассеянии нейтронов происходит смещение атомов и их внедрение в межплоскостное пространство. В поврежденной решетке возникают так называемые дислокационные петли, увеличивающие прочность металла. Однако глобальный эффект сильно зависит от температуры. При высокой температуре начинается процесс отжига, ослабляющий эффект радиационного упрочнения. На рис. 11.8 и 11.9 приведены типичные прочностные характеристики нержавеющей стали (марки 316) в зависимости от флюенса и температуры [14]. Видно, что в условиях невысоких температур эффект радиационного упрочнения ярко выражен. Однако при температуре около 800 °С он практически исчезает.
Роль различных механизмов радиационного упрочнения зависит от флюенса. При низких флюенсах (менее 1021 нейтр/см2) появление сопротивления пластической деформации обусловлено влиянием газообразных продуктов деления. Они создают трение для плоскостного скольжения. При высоких флюенсах, характерных для условий работы реактора с жидкометаллическим теплоносителем, основной механизм радиационного упрочнения связан с появлением петель дислокаций.

Рис. 11. 8. Зависимость предела прочности от флюенса при низких температурах [14]

Рис. 11.9. Зависимость предела прочности от флюенса при высоких температурах [14]
Выше отмечалось, что явления радиационного и деформационного упрочнения весьма схожи.

Именно поэтому деформационное упрочнение облученной стали не дает того эффекта, который наблюдается при холодной деформации необлученной стали. Дефекты облученной стали, ответственные за упрочнение, столь многочисленны, что дополнительные нарушения структуры дают относительно небольшой вклад в результирующий эффект.

Охрупчивание и разрыв

Под действием облучения конструкционные материалы охрупчиваются. Поэтому полезно рассмотреть детальный вид кривой напряжение—деформация, например для ферритной стали (рис. 11.10). Видно, что начальная нагрузка, приложенная к образцу, вызывает упругую деформацию, действующую в области линейности (в области закона Гука) до точки ПП (предела пропорциональности). Обычно эта точка лежит ниже предела текучести, которому соответствует верхняя точка В. Область текучести лежит между верхней (В) и нижней (II) точками и переходит в область так называемых деформаций Людерса. При дальнейшем увеличении напряжения происходит дополнительная деформация, сопровождающаяся деформационным упрочнением, вплоть до предела прочности на разрыв (ППР). При снижении напряжения будет наблюдаться область шейкообразования, заканчивающаяся точкой разрыва. Штриховой линией обозначена истинная кривая напряжение —деформация, получаемая из экспериментальной надлежащим пересчетом, при котором учитывается уменьшение площади сечения испытываемого образца.
Аустенитная сталь ведет себя под нагрузкой несколько иначе (рис. 11.11). Основное отличие заключается в том, что на кривой для аустенитной стали не наблюдается четко выраженного предела текучести, т. е. нельзя определить напряжение, при котором начинается пластическая деформация. Поэтому для аустенитных сталей приняли условный предел текучести σγ, равный растягивающей нагрузке при деформации 0,2 %.

На рис. 11.11 эта точка получается пересечением линии на участке пропорциональности, смещенной вправо на 0,2 %, с экспериментальной кривой напряжение—деформация.

Рис. 11.10. Кривые «напряжение — деформация» для ферритной стали:

Рис. 11.11. Кривые «напряжение — деформация» для аустенитной стали:
--------  — экспериментальная зависимость;
-------------- — зависимость с учетом изменяющейся площади сечения; а — сдвиг 0.2% (условный предел текучести σγ), б —деформация упрочнения; в — область шейкообразования; X — точки разрушения; ППР — предел прочности на разрыв
---------- — экспериментальная зависимость:
— _ — — — зависимость с учетом изменяющейся площади сечения; а — область деформаций Людерса; б — область деформаций упрочнения, в — область шейкообразования, X— точки разрушения; ПП — предел пропорциональности верхний (В) и нижний (Я); ΠПΡ — предел прочности на разрыв
Область пластических деформаций соответствует границам напряжений от предела текучести до предела прочности на разрыв. Чтобы охарактеризовать степень уменьшения пластичности, вводят термин охрупчивание. Металлы при облучении их быстрыми нейтронами обычно становятся менее пластичными. Материал считается полностью хрупким, если он не выдерживает напряжений при значениях ниже точки текучести.

Рисунки 11.10 и 11.11 дают качественное представление о зависимости деформации от напряжения для конструкционных материалов. Она различна при различных скоростях деформации. Так, при высоких температурах предел текучести сильно зависит от скорости деформации. Аналогично обстоит дело с пластической деформацией (ползучестью) при медленных деформациях (менее 0,01 %/мин). Столь медленные деформации характерны для оболочек, испытывающих давление в процессе распухания топлива. Подобные лабораторные испытания при типичных для быстрых реакторов температурах называют испытаниями ползучести на разрыв. Проводятся также испытания при более высоких скоростях деформации (около 1 %/мин), отражающих условия термических циклов. В отдельных испытаниях воспроизводятся условия ускоренных деформаций и переменных температур, характерные для переходных процессов (15).
В исследованиях работоспособности оболочки при больших глубинах выгорания и высоких температурах внимание уделяется влиянию нейтронного облучения на разрушающее напряжение при ползучести. Из общих соображений ясно, что радиационные повреждения при не очень высоких температурах ухудшают свойство ползучести. Соответственно скорость деформации при заданном напряжении должна уменьшиться при облучении.


Рис. 11.12. Влияние облучения и температуры при облучении на разрушение при ползучести [16] (для отожженной стали марки 304 при напряжении σ=3·106 кН/м2 и температуре испытания 550 °С):
-------- — для облученных образцов при флюенсе
1,9·1022 нейтр/см2 (Е>0,1 МэВ), температуры облучения указаны у кривых;               — для необлученного
материала

Рис. 11.13. Влияние флюенса на высокотемпературную пластичность [17] (для отожженной стали марки 304 при температуре облучения 371— 399 °С и скорости деформации 0,05— 0,002 1/мин):
○, ● — полное удлинение; □, ■ — однородное удлинение
Рисунок 11.12 подтверждает этот вывод [16]. Отожженная сталь марки 304 (материал реактора EBR-2) испытывалась при температуре 550 °С. Оказалось, что для восстановления свойств ползучести облученную сталь необходимо нагреть до температуры около 800 °С. Из рис. 11.12 видно также, что облучение ведет к уменьшению предельного удлинения до разрыва, т. е. к потере пластичности. Этот эффект охрупчивания виден на рис. 11.13: с ростом флюенса удлинение вначале падает экспоненциально и затем при флюенсе около 5- 1022 нейтр/см2 выходит на постоянный уровень (данные (17)) для нержавеющей стали марки 304).

Как отмечалось выше, для улучшения прочностных характеристик стали ее подвергают специальной обработке — холодной деформации. Рисунок 11.14 иллюстрирует влияние этого эффекта на время жизни до разрыва [18]. При малых временах жизни холодная деформация около 30 % позволяет увеличить разрушающую нагрузку, но при переходе в область больших времен эффект получается противоположный. Эти данные говорят о том, что если в качестве критерия выбрать время жизни до разрыва при низких напряжениях, то предпочтение следует отдать отожженной недеформированной стали. Далее мы увидим, что на практике холодная деформация применяется с другой целью — уменьшить эффект порообразования и распухания.
Помимо холодной деформации и излучения, на пластические свойства материалов действует еще один эффект, вызывающий охрупчивание, — образование гелия при облучении. Он возникает в реакции (n, а) с бором, всегда присутствующим в малых количествах в нержавеющей стали. Довольно быстро основная часть примеси бора выгорает, однако гелий продолжает образовываться в реакции (n, а) на никеле. Было обнаружено, что атомы бора имеют тенденцию замещать атомы углерода на границах зерен. Первичное образование гелия именно в этих местах усиливает охрупчивание за счет накопления гелия.
Образование гелия в оболочке твэла происходит также за счет имплантации ядер гелия при тройном делении. Как следует из рис. 11.15 [19, 20], результаты расчетов и измерений свидетельствуют о проникновении гелия от тройного деления на глубину оболочки около 0,13 мм со стороны топлива. Это явление оказывает дополнительное повреждающее воздействие на оболочку.


Рис. 11.14. Влияние холодной деформации на время жизни до разрушения [18] (для стали марки 304 при температуре испытания 700 °С). Значения холодной деформации указаны в процентах. Штриховой линией показана зависимость для отожженной стали

Рис. 11 15. Распределение гелия в оболочке со стороны топлива при температуре 710 °С [19]:
-------- — результаты измерений;      расчет
Повреждающий эффект при охрупчивании за счет гелия оказывается большим, чем при холодной деформации или облучении. Например, при облучении пластичность материала уменьшается, зато происходит его упрочнение. При гелиевом охрупчивании уменьшается как пластичность, так и прочность. Объясняется это появлением микротрещин на границах зерен. Однако этот эффект зависит от температуры. Ниже 500 °С аустенитная сталь не подвержена гелиевому охрупчиванию, потому что трещины на границах зерен при пониженных температурах не появляются (17).

Зато при температуре выше 500 °С происходит очень сильное охрупчивание, прочность падает вдвое, а пластичность до уровня 0,1 % или ниже но сравнению с показателями необлученного материала [19]. Скорость деформации также влияет на величину эффекта. Следует отметить, что рассматриваемое явление гелиевого охрупчивания является классической проблемой аустенитных нержавеющих сталей, В ферритных сталях, характеризующихся объемно- центрированной кубической решеткой, это явление отсутствует.

Распухание

Еще в середине 60-х годов главной материаловедческой проблемой БР считалось охрупчивание. Однако в 1967 г. вскрылась другая ключевая проблема — распухание материала под действием излучения. Это явление было обнаружено при работе реактора DFR («Даунри»), Распухание наблюдалось только при флюенсах, равных примерно 1022 нейтр/см2, и резко нарастало по мере превышения этого значения. Поскольку быстрый реактор должен работать до значения флюенса 2· 1023 нейтр/см2, были начаты интенсивные исследования в этом направлении.
Лабораторный анализ облученных образцов конструкционного материала показал наличие микроскопических пор внутри зерен. Размер пор варьировался от 0,1 мкм до минимально наблюдаемого в электронном микроскопе. Содержание газа в порах было недостаточным, так что их нельзя было назвать пузырьками. Поры возникали лишь при температурах от 350 до 700 °С. Это как раз тот диапазон температур, который реализуется при работе реакторов БН.
При высоких флюенсах объем образцов возрастал гораздо сильнее, чем ожидалось. Последующие исследования показали, что все металлы склонны к радиационному распуханию при температурах в диапазоне от 0,3 до 0,55 температуры плавления. Как выяснилось, среди всяких сплавов нержавеющие стали являются наиболее радиационно стойкими. Тем не менее экстраполяция величины распухания оболочки к точке максимального флюенса дала столь большой эффект, что перспектива развития быстрых реакторов оказалась в прямой зависимости от намеченной программы исследований радиационных свойств материалов, в особенности проблемы распухания.
Было обнаружено, что распухание за счет порообразования происходит при одновременном выполнении следующих четырех условий [1]:

  1. как межузельные атомы (внедрения), так и вакансии должны быть подвижны в твердом теле. В металлах внедрения всегда подвижны, даже при низких температурах. Вакансии же становятся подвижными только при сравнительно высоких температурах. Поскольку неподвижная вакансия легко аннигилирует при взаимодействии с облаком движущихся внедрений, распухания за счет порообразования при низких температурах не происходит;
  2. в твердом теле всегда имеются структурные нарушения (дислокации, поры, границы зерен, примесные атомы). Они играют роль стоков, захватывающих точечные дефекты. Аннигиляция противоположных дефектов является конкурирующим процессом. Существенное условие — преимущественный захват межузельных атомов, в результате чего образуется избыток вакансий. Именно за счет этого избытка происходит образование пор;
  3. должно возникнуть перенасыщение вакансий, обеспечивающее зарождение и развитие пор и дислокационных петель. Однако при достаточно высоких температурах равновесная концентрация вакансий на поверхности пор становится сравнимой с концентрацией вакансий, рождающихся в матрице. Следовательно, при высоких температурах процесс образования и роста пор затормаживается;
  4. чтобы зародыши пор не погибали раньше времени, необходимо присутствие в них незначительного количества нерастворимого газа1. Таким газом является гелий, хотя в топливе могут быть также примеси кислорода, азота и водорода, играющие ту же стабилизирующую роль. Поскольку концентрация гелия нарастает по мере облучения материала, требуется определенное время (инкубационный период) для его накопления в количестве, обеспечивающем порообразование. Этим можно объяснить пороговый характер распухания в зависимости от флюенса. Соответствующая концентрация гелия, однако, слишком мала, чтобы поры рассматривать как пузырьковые образования.

Мерой распухания служит относительный прирост объема образца. Как показали ранние эксперименты, после достижения флюенса 1022 нейтр/см2 имеет место экспоненциальный рост величины распухания:

(11.3)

где показатель n> 1. По ранним оценкам, он близок к единице при 400 °С и достигает значения 2 при высоких температурах.

1 Некоторые специалисты сомневаются в правильности этого положения.


Рис. 11.16. Качественная зависимость распухания от флюенса (влияние параметров формулы (11.4) на ход кривой; а — параметр кривизны; R — скорость распухания; τ — инкубационный параметр)

Рис. 11.l7. Зависимость распухания ΔV/V нержавеющей стали (марки 316) от флюенса при температуре 500 °С [21] для Е>0,1 МэВ [точки □ — результаты измерений; сплошная кривая — расчет по формуле (11.4); штриховые линии — коридор ошибок +-3σ]
Более точные выражения для величины распухания содержат три параметра: инкубационный параметр τ, скорость распухания R и параметр кривизны а (рис. 11.16). Как видно из рис. 11.16, распухание мало на начальном участке и затем резко возрастает и описывается линейной зависимостью. Инкубационный параметр τ служит для описания порогового характера кривой, наклон прямой характеризует скорость распухания R, параметр кривизны α описывает переходный участок в районе порога.


Рис. 11.18. Зависимость распухания ΔV/V нержавеющей стали (марки 316) от температуры при флюенсе 1023 нейтр/см2 [24]

Рис. 11.19, Влияние холодной деформации на распухание нержавеющей аустенитной стали при флюенсе 5-1022 нейтр/см2 [1,25]. Цифрами указаны марка стали и величина холодной деформации, %. Штриховая кривая рассчитана для отожженной стали
В принципе возможно, что при очень больших, дозах излучения наступит насыщение эффекта распухания. Внутриреакторных экспериментов такого рода практически нет.

Однако ряд измерений при облучении высоко энергетичными частицами от ускорителя показывает, что насыщение, вероятно, отсутствует вплоть до флюенса порядка 1024нейтр/см2 [23]. По современным грубым оценкам, распухание материала оболочки в реакторах БН при запланированном флюенсе 2-1023 нейтр/см2 составит 15%.
Ранее упоминалось, что распухание очень чувствительно к температуре облучаемого материала. На рис. 11.18 приведена зависимость распухания от температуры для нержавеющей стали марки 316. В данном случае максимальное распухание наблюдается при температуре 550 °С.

Рис. 11.20. Зависимость распухания ΔV/V никелевых материалов от флюенса [26] (сплошная кривая — для высокочистого никеля; штриховая — для никеля с чистотой 99,6 %; штрих-пунктирная — для никелевого сплава инконель):
О, □, V—измерения для отожженного материала; Т — измерения для холодно деформированного материала (отрицательные значения ΔV/V отвечают физическому процессу уплотнения)
Выше обсуждалось влияние холодной деформации на прочностные характеристики материала. Из рис. 11.19 видно, что 20 %-ная холодная деформация улучшает также стойкость нержавеющей стали (марки 316) по отношению к распуханию [1,25]. Видно, что недеформированная отожженная сталь распухает сильнее. Однако положительный эффект холодной деформации проявляется лишь до определенных границ. Вероятно, это подтверждается данными для стали марки 304, в которой уменьшено количество молибдена по сравнению с маркой 316 с холодной деформацией 50 %. Для нее получается двухгорбая (штрих-пунктирная) кривая (рис. 11.19). Считают, что второй горб появляется в результате нестабильности дислокационной структуры, возникающей при больших деформациях. При высоких температурах большие участки решетки освобождаются от дислокаций, что создает условия для зарождения и роста пор.
Стойкость к распуханию может существенно зависеть от вида материалов, входящих в состав сплава. Рисунок 11.20 иллюстрирует тот факт, что распухание высокочистого никеля больше, чем низкосортного [26]. Очевидно, примеси в материале выполняют роль центров рекомбинации вакансий и внедрений и тем самым снижают эффект распухания. Как видно из рис. 11.20, сплав инконель под облучением не только нс распухает, но даже слегка уплотняется. К сожалению, он в высшей степени охрупчивается из-за высокого содержания никеля.

Радиационная ползучесть

Радиационная ползучесть, как говорилось ранее, представляет собой очень медленное пластическое течение материала под действием напряжения в условиях облучения. Определяя более точно это понятие, следует указать, что скорость деформации при радиационной ползучести должна зависеть от потока быстрых нейтронов.
При рассмотрении свойств материала оболочки вводят дополнительные понятия, уточняющие роль тепловой ползучести. Стимулированная, или усиленная облучением, тепловая ползучесть — добавочная пластическая деформация к тепловой ползучести. Под индуцированной радиационной ползучестью понимают пластическую деформацию, вызванную облучением в условиях, когда тепловая ползучесть отсутствует.
Измерения радиационной ползучести проводили на трубках под давлением, изготовленных из стали марки 316 с холодной деформацией 20 %. Было обнаружено, что при флюенсах свыше 1022 нейтр/см2 эффект радиационной ползучести растет с температурой. Вплоть до 500 °С температурные кривые эффектов радиационной ползучести и распухания подобны [27]. Скорость деформации за счет радиационной ползучести при температурах ниже 500 °С от флюенса не зависит, но при более высоких температурах большему флюенсу соответствует большая скорость. До флюенса около 6· 1022 нейтр/см2 радиационная ползучесть может быть описана формулой (8.62).



 
« Расчетная обеспеченность работы гидроэлектростанции   Режим системы охлаждения генераторов на теплофикационных энергоблоках 250 МВт »
электрические сети