Коэффициента радиальности

Влияние скорости деления на радиационный рост а-урана, При низких температурах облучения (ниже 300° С) опубликован ные данные свидетельствуют об отсутствии заметного влияния скорости деления на коэффициент радиационного роста урана. Так, согласно экспериментальным данным, приведенным в работе [14], изменение скорости деления на два порядка величины в интервале 75—250° С практически не изменяет величину установившегося значения коэффициента радиационного роста урановых образцов. К аналогичному заключению можно прийти на основании результатов работы [15]. Поликристаллический образец а-урана облучался при температуре 4,6 К в условиях, когда плотность нейтронного потока изменялась от 3 • 10П н/см2 • с до 1,54-1013 н/см2 • с. Зависимость деформации радиационного роста этого образца от глубины выгорания приведена на рис. 119. Экспериментальные точки расположены на гладкой кривой, что соответствует отсутствию влияния скорости деления, иначе в моменты изменения интенсивности потока на кривой должны были бы наблюдаться изломы.

В отличие от низкотемпературного облучения, изменение скорости деления при повышенных температурах может вызвать изменение коэффициента радиационного роста а-урана. На рис. 120 приведено изменение коэффициента радиационного роста в зависимости от скорости деления при температуре 375° С [14]. Из рисунка видно, что изменение скорости деления в интервале от 2 • 10"

до 1,8 • 1012 дел/см3 • с не вызывает соответствующего изменения коэффициента радиационного роста, однако при дальнейшем увеличении скорости деления наблюдается его скачкообразное увеличение.

Температурная зависимость радиационного роста а-урана в интервале температур 75—600° С [14]. На рис. 121 приведено изменение коэффициента радиационного роста в направлении [0101 в зависимости от температуры облучения при постоянной скорости деления 1,8 • 1012 дел./см3 • с. Измерения коэффициентов роста проводились на моно- и поликристаллических образцах, облученных дозами от 2 - 1017 до 4 • 101В дел/см3 ф ^ 5 • 10~6 -ь КГ3). Значения коэффициентов роста в направлении [010! для поликрис-

Рис. 120. Зависимость коэффициента радиационного роста а-урана от скорости деления при температуре 375° С [14].

В работе [19] исследованы текстурированные поликристаллические образцы урана электролитической чистоты и ряда двойных сплавов урана с молибденом, железом, кремнием, алюминием, ванадием, германием. Выбор легирующих добавок мотивировался критерием растворимости в а-фазе урана и размером атома примеси. Такие элементы, как кремний, германий, молибден, образуют твердые растворы, причем молибден в большей степени, а кремний и германий — в меньшей. Добавки железа и алюминия обладают очень плохой растворимостью в а-фазе. На рис. 123 показано изменение коэффициента радиационного роста урана в направлении [010] в зависимости от температуры облучения для сплавов с различными легирующими добавками. Отличие в исходной текстуре образцов учитывалось путем нормирования коэффициента радиационного роста каждого образца на его индекс роста. Сравнение данных, приведенных на рис. 124, показывает, что добавки молибдена, кремния, германия способствуют подавлению радиационного роста урана. Максимальный эффект наблюдается для сплава урана, содержащего 500 ррт вес. Мо, скорость роста которого при температуре облучения 450° С почти в три раза меньше по сравнению с ураном электролитической чистоты. Добавки ванадия и

Существенное значение для понимания природы радиационного роста а-урана и других анизотропных материалов имела гипотеза Бакли, согласно которой эффект роста есть результат конденсации дефектов с последующим образованием дополнительных атомных слоев в одних направлениях и слоев сконденсированных вакансий в других [23]. В этом случае легко показать (см., например, [7]), что физический смысл коэффициента радиационного роста G010 сводится к полному числу смещенных атомов, захваченных в петли дислокаций с вектором Бюргерса V2 (НО) на каждый акт деления. Равенство по абсолютной величине коэффициентов G100 и G010 указывает на то, что конденсация вакансий происходит аналогичным образом: на каждый акт деления в петли с вектором Бюргерса [100] захватывается такое же количество вакансий. Дальнейшее исследование механизма радиационного роста подтвердили плодотворность гипотезы Бакли. Это обусловлено-He только экспериментальным подтверждением данной гипотезы при электронно-микроскопическом исследовании а-урана, облученного осколками деления [24]. Ценность гипотезы Бакли заключается главным образом в том, что она позволяет связать микроскопическую сторону явления радиационного роста с более общей проблемой образования дислокационных петель в металлах под облучением.

Рис. 125. Изменение коэффициента радиационного роста G0f0 с глубиной выгорания Р при температуре облучения около 40° С [16].

Такая интерпретация действия пиков смещения является наиболее общей и позволяет определить объемы VBaK и Ус.а из кривых зависимостей насыщающего повреждения от дозы. Изменение многих свойств а-урана, вызванное радиационным повреждением осколками деления, контролируется процессами отжига в пиках смещения, и радиационный рост в этом смысле не является исключением. На рис. 125 показана дозная зависимость коэффициента радиационного роста а-урана G010, полученная в работе [16], для облучения при комнатной температуре. Однако эффект размерных изменений урановых образцов в процессе облучения нейтронами, вызывающими деление, в общем может зависеть от многих факторов. Поэтому определение объемов Vc.a и Увак с использованием данных только по радиационному росту является затруднительным. Уже отмечалось, что помимо глубины выгорания коэффициент роста в начальной стадии в ряде случаев может зависеть от температуры облучения, чистоты материала и предварительной обработки образца. Вычисляя объемы Ус.а и Увак из сопоставления данных по радиационному росту и увеличению электросопротивления урана, облученного при 4 К, получаем соответственно значения (3—4) • 10~16 и (1,5—2) • 10~16 см3 [39]. Для температуры облучения в районе комнатной Увак — 2 • 10~16 см3 (согласно данным по увеличению

Различный подход к вопросу о причинах, контролирующих процесс укрупнения дислокационных петель в а-уране при облучении осколками деления, обусловливает принципиальную разницу в микроскопических моделях радиационного роста а-урана, предложенных соответственно Бакли и Летертром. Если модель роста Бакли допускает возможность установления стационарного состояния, характеризующегося постоянством коэффициента радиационного роста, в момент достижения максимальной плотности дислокационных петель, то из модели Летертра следует, что стационарное состояние радиационного роста, по-видимому, никогда не достигается. С увеличением дозы облучения коэффициент радиационного роста а-урана должен стремиться к некоторой асимптотической величине, не зависящей от температуры облучения, которая ниже температурной границы начала заметной самодиффузии (300— 400° С). Последнее обстоятельство прямо связано с предложением о зарождении дислокационных петель в пиках смещения и последующим изменением их размеров при взаимодействии с новыми пиками. Влияние температуры облучения может быть существен ным лишь для начальной стадии радиационного роста за счет ухудшения при увеличении тепловых колебаний решетки условий фокусировки столкновений и каналирования. В результате уменьшения степени пространственного разделения точечных дефектов различного знака, а также увеличения их подвижности возрастает вероятность взаимной аннигиляции дефектов в зоне пика смещения, что может привести к уменьшению начального коэффициента радиационного роста, обусловленного зарождением дислокационных петель

Атомы примесей, находящиеся в твердом растворе, также могут влиять на эффективность фокусировки и играть такую же роль, как изменение температуры облучения. Различные дефекты исходной структуры а-урана (дислокации границы, зерен, двойники и т. д.) могут служить ловушками для дефектов, образующихся в процессе облучения, и тем самым должны влиять на начальное значение коэффициента радиационного роста.

= «i (1 — ц )/2, и она тем больше, чем выше окружная скорость рабочего колеса и чем меньше значение коэффициента радиальности.

приблизительно 10 % перепада энтальпий в рабочем колесе, а в центростремительной ступени — 9,5 %. Эта разница в пользу центростремительной ступени будет увеличиваться с ростом отношения «!/C0 и уменьшением коэффициента радиальности. Следует также учесть, что данные о значениях коэффициентов потерь осевых ступеней относятся к обычно использующимся полноразмерным большерасходным ступеням, а центростремительных — к маломощным, малорасходным ступеням, поскольку последние чаще всего используются на практике. Экспериментальные исследования радиально-осевых ступеней сравнительно больших размеров, приведенные в гл. 4, показывают, что значение коэффициента скорости рабочего колеса 0,9 не является предельным.

Рассмотрение уравнения неразрывности совместно с уравнением к. п. д. показывает, что при заданной величине (д, к. п. д. T}U ступени будет непрерывно увеличиваться с ростом площади выходного сечения за счет уменьшения потерь с выходной скоростью. Отсюда вытекает необходимость наложения ограничений на величину,^, что, по существу, сводит задачу к рассмотренной выше постановке I. Вместе с тем для повышения к. п. д. ступени целесообразно задавать как можно меньшие значения коэффициента радиальности, причем уменьшение \i ограничивается минимальным конструктивно выполнимым диаметром втулки рабочего колеса (him «0,1) [67].

На основании изложенного задачу расчета радиально-осевой ступени можно сформулировать несколько по-другому, полагая заданным не средний, а корневой (по возможности меньший) диаметр лопаток рабочего колеса на выходе. При такой постановке задачи оказывается возможным расчет оптимального коэффициента радиальности и угла выхода потока из рабочего колеса. Действительно, по мере увеличения площади выходного сечения уменьшаются потери с выходной скоростью, но, с другой стороны, растет средний коэффициент радиальности, что снижает к. п. д. Для оптимального значения выходной площади может быть найден и соответствующий угол 33.

ступени резко падает, и особенно важным становится учет мощности трения диска при расчете оптимальных параметров-. При G > > 12-Ю"3 к. п. д. слабо падает в основном за счет роста коэффициента радиальности и выходных потерь энергии.

В ступенях с большим значением коэффициента радиальности и большим перепадом энтальпий влияние отклонения \з на параметры более существенно (рис. 1.12, аи б).

При использовании радиально-осевой ступени в двухпоточных цилиндрах низкого давления мощных паровых турбин жестко заданными исходными параметрами являются значения расхода G и частоты вращения ротора п. Кроме того, следует считать жестко заданной максимальную окружную скорость периферии рабочего колеса — щ_. Ее значение определяется условиями прочности лопаток и покрывающих дисков рабочего колеса. Жестко задан также и корневой диаметр выходного сечения d'^, приблизительно равный диаметру ротора. С учетом последнего условия нецелесообразно выбирать скорость иг меньше максимально возможной, так как при заданной частоте вращения ротора п это приведет к уменьшению диаметра dx и увеличению коэффициента радиальности ступени, что вызовет снижение к. п. д.

условиям прочности, а уменьшение, как указывалось, ведет к снижению к. п. д. Окончательное заключение может быть дано после установления в каждом конкретном случае, что больше влияет на снижение к. п. д. — отклонение х и рт от оптимальных значений или увеличение коэффициента радиальности (из-за уменьшения %).

Здесь f\ u — среднее значение к. п. д.; г\и — значение к. п. д. неравномерного потока при текущем значении коэффициента радиальности ц, в отличие от которого коэффициент радиальности, соответствующий среднему диаметру dz, обозначается в этом параграфе цср.

Рассмотрение рабочего процесса радиально-осевой ступени вдоль средней линии тока, как это делалось выше, не позволяет учесть тот факт, что к. п. д. струек тока существенно различается по высоте проточной части вследствие изменения коэффициента радиальности струек от корня рабочего колеса к периферии. При этом к. п. д. прикорневых струек тока, имеющих малый коэффициент радиальности, выше, чем к. п. д. периферийных струй.

расхода G имеет максимум. Значения G, соответствующие максимуму к. п. д., незначительно растут с увеличением корневого коэффициента радиальности и коэффициента г>. Смысл изложенного метода состоит в том, что основные размеры ступени должны рассчитываться из условия обеспечения оптимального значения приведенного расхода. Значение корневого коэффициента радиальности при этом выбирается минимально возможным (цтш« «0,1)-