Действие реакторных излучений на материалы Физика

Действие реакторных излучений на материалы

Физика: •

• • Гамма-кванты ионизируют вещество, выбивая электроны с орбит и редко смещают атомы в решетках. Чем больше энергия нейтрона тем меньше вероятность взаимодействия с ядром. При столкновении нейтрона с ядром, образуется ион. Ионы ионизируют другие атомы и выбивают их из узлов решетки. примечание: ион выбитый нейтроном с энергией 1 Мэ. В, образует в железе 390 смещенных атомов, в графите 900. Но до 98% смещенных атомов тут же заполняют образовавшиеся вакансии и только 2% образуют устойчивые конфигурации. В конце пробега каждого иона, когда удельная ионизация особенно велика (вероятность столкновения возрастает), образуется сильно разогретая область, который производит эффект местной термической обработки. В этой области (в радиусе нескольких размеров атома) может расплавиться или превратиться в газ, с последующим застыванием. Хотя после остывания первоначальная кристаллическая структура расплавленного вещества почти полностью восстанавливается, все равно получаются области с измененной и смещенной структурой.

Температура достигает нескольких тысяч градусов металл плавится давление возрастает, оказывая воздействие на соседние холодные области происходит превышение предела упругости возникают пластические деформации смещения атомов радиационный рост объема или радиационное распухание. • • • Влияние анизотропии свойств метала изменение объема неодинаково по осям. С ростом температуры до 200 – 450 С возрастает распухание, но затем снижается или вовсе исчезает. Возрастает подвижность диффундирующих смещенных атомов и вакансий возрастает доля рекомбинаций. Рекомбинация тем быстрее чем больше температура и сопровождается выделением тепла. Поэтому при повышении температуры сверх температуры при которой шло облучение, сопровождается самопроизвольным выделением тепла. примечание: большой объем графита низкотемпературного реактора при повышении температуры может привести к саморазогреву.

радиационная ползучесть: Пластическая деформация материала вследствие высокотемпературной ползучести увеличивается во многие десятки раз, если материал находится под облучением. Радиационный рост и ползучесть искажают форму конструкций и снижаются при увеличении предела упругости материала. газовое распухание: Помимо радиационных повреждений некоторые материалы повержены газовому распуханию – свеллингу: образовавшиеся газообразные продукты ядерных реакций скапливаются в имеющихся в материалах микропорах, при этом давление газа может достигать очень больших значений, в результате чего происходит газовое распухание материалов. Накопление продуктов деления: Увеличение объема топлива, за счет деления ядер, т. к. объем двух осколков в два раза больше объема исходного ядра.

Следствия радиационных повреждений: • • распухание и радиационный рост; изменение физических и механических свойств: o ухудшается электрическая проводимость; o снижается теплопроводность; o в 2 -3 раза повышается предел упругости и ухудшается пластичность – материал становится более твердым и хрупким; o возрастает температура хладноломкости; o снижается ударная вязкость; Способность материала противостоять всем нежелательным изменениям и подразумевается под радиационной стойкостью. Радиационных повреждений накапливается тем больше, чем больше нейтронов прошло через единицу площади за все время облучения, т. е. чем больше флюенс нейтронов. Поскольку в реакторах на быстрых нейтронах сечение деления на два порядка меньше, чем в реакторах тепловых, для получения той же мощности даже при десятикратном обогащении урана нужны много большие потоки нейтронов. Вывод: таким образом изменение свойств материала зависит от вида материала, температуры при которой он работает и флюенса нейтронов.