Акустическая эмиссия в ядерной энергетике

Ханжин В.Г., Никулин С.А.
Применение метода акустической эмиссии при испытаниях материалов для ядерной энергетики: Учеб, пособие. - Москва: Изд. ДомМИСиС, 2008.

Рассмотрены физические основы применения метода акустической эмиссии (АЭ), информативные параметры акустического излучения при деформации и разрушении металлов, современная аппаратура и методы регистрации АЭ для диагностики материалов в ядерной энергетике.
Пособие содержит примеры испытаний материалов с измерениями ЛЭ- перспективных промышленных циркониевых сплавов для конструктивных элементов активной зоны ядерных энергетических реакторов, композиционных технических сверхпроводников для магнитных систем термоядерного реактора. Рассмотрены возможности качественного и количественного анализа процессов деформации и разрушения материалов при механических испытаниях и в процессе изготовления изделий.
Приведены вопросы для самоконтроля знаний и библиографический список основной и дополнительной литературы.
Пособие предназначено для студентов, обучающихся по специальностям 150702-Физика металлов» и 150105 «Металловедение и термическая обработка металлов», а также аспирантов и научных сотрудников, специализирующихся в области разработки и исследования конструкционных материалов для ядерной энергетики.
Пособие подготовлено при поддержке Фонда содействия отечественной науке по программе «Физик-ядерщик».

ВВЕДЕНИЕ

Одной из тенденций современного экспериментального материаловедения в мире является активное развитие методов локальной диагностики материалов, в частности, методов нестандартных испытаний малогабаритных лабораторных образцов или образцов непосредственно конечных изделий (труб, листов, проводов и др.). При этом локальные методы диагностики не заменяют и не могут заменить традиционные методы испытания материалов, утвержденные ГОСТами. ТУ на их проведение.
Развитие методов локальной диагностики обусловлено как возрастающими требованиями к новым материалам, так и совершенствованием инструментальной базы экспериментального материаловедения. Во-первых, повышаются требования к реакторным материалам и изделиям из них на разных стадиях производства и эксплуатации. Во-вторых, возникает необходимость эффективного обеспечения разработок новых материалов и технологий высокочувствительными методами диагностики в случаях, когда методы, основанные на полномасштабных натурных испытаниях, неэффективны и нецелесообразны (например, в силу затрат времени на проведение эксперимента или анализа его результатов).
Технологически быстрое развитие методов локальной диагностики в материаловедении обеспечено техническими достижениями в таких направлениях научного приборостроения, как:

1. средства аналитического анализа, как по разрешающей способности (вплоть до наблюдения единичных атомов, например, методами туннельной микроскопии), так и по локальности анализаторов:
2. средства вычислительной техники, как по вычислительной мощности микропроцессоров, так и по объему и быстродействию электронной памяти, что сделало возможным, например, многоканальную регистрацию измеряемых параметров и их обработку в режиме реального времени;
3. сенсорная электроника. Технологии измерения с помощью миниатюрных высокочувствительных датчиков механических, электрических, акустических, химических, оптических и других параметров позволили методам локальных испытаний по нестандартным схемам стать надежным и хорошо воспроизводимым инструментом экспериментального материаловедения.

Наряду с интенсивным развитием технических средств локальной диагностики возрастает роль методического обеспечения технологий такого контроля. Нестандартные задачи, решаемые на нестандартных образцах, требуют серьезного анализа поставленной задачи, разработки новых схем и методов испытании, измерений наиболее информативных параметров и разработки методов анализа полученных результатов. Несмотря на общие элементы технологий локального контроля (например, использование в качестве высокочувствительного индикатора процессов в материалах сигналов акустической эмиссии (АЭ) как диагностических сигналов), каждая задача требует своего методического подхода. Формальный подход к решению задач локальной диагностики с применением даже таких методов, как метод АЭ, и мощных средств вычислительной техники является наиболее типичной причиной неудач: плохой воспроизводимости и неинтерпретируемости результатов измерений. Поэтому решающее значение при развитии методов локальной диагностики часто приобретает накопленный методический и технологический опыт экспериментатора.
В настоящем пособии иллюстрируется такой опыт применения локальной диагностики в реакторном материаловедении при проведении лабораторных исследований и испытаний материалов с применением метода акустической эмиссии на кафедре металловедения и физики прочности МИСиС.