Нейтронного облучения

В реакторах ВГР и БГР применяется керамическое топливо— окислы, карбиды и нитриды урана и твердого сплава уран-плутоний. Двуокись урана имеет высокую температуру плавления, химически совместима со многими материалами, в том числе с нержавеющей сталью, не подвержена большим изменениям объема под действием нейтронного излучения и при большой глубине выгорания. Двуокись урана имеет теоретическую плотность около 11 г/см3, однако при процессе спекания-не удается получить образцы с плотностью выше 95% теоретической. Существенные недостатки двуокиси урана —низкая теплопроводность, к тому же уменьшающаяся с ростом температуры, и склонность двуокиси урана к окислению и образованию окислов с большим содержанием кислорода.

Для изготовления топливного сердечника и оболочки используется графитовый порошок, приготовленный из смеси природного графита, электрографита и связующих, объемные доли которых берутся одинаковыми. После изготовления шарового твэла ни материал оболочки, ни материал матрицы топливного сердечника не являются собственно графитом, а представляют собой углеродистый материал, который под воздействием нейтронного излучения и температуры может иметь существенные объемные изменения. В случае разнородного материала происходила бы неравномерная деформация оболочки и сердечника, что привело бы к разрушению твэла. Недостатком технологии изготовления прессованных твэлов является также большое усилие, имеющее место при прессовании твэла. Большое усилие может вызвать разрушение части микротвэлов в сердечнике.

бетон, используемый для защиты от нейтронного излучения (гл. обр. за счёт его поглощения) на атомных электростанциях, ядерных энергетич. установках и др. Ср. плотн. более 2500 кг/м3. Для улучшения защитных свойств в особо тяжёлый бетон обычно вводят карбид бора или др. добавки, содержащие водород, литий, кадмий.

ство И.р. - реакторы на тепловых нейтронах, в осн. гетерогенного типа. Мощность нейтронного излучения 101б-1019 нейтронов/(м2-с). ИСТОЧНИКИ СВЕТА - излучатели электромагн. энергии в оптической (т.е. видимой, УФ и ИК) области спектра. Различают И.с. естественные (Солнце, атм. электрич. разряды) и искусственные, превращающие энергию к.-л. вида в энергию оп-тич. излучения (лампы накаливания, люминесцентные лампы, газоразрядные лампы высокого давления и др.). См. также Газоразрядные источники света.

БОР (от позднелат. borax — бура) — хим. элемент, символ В (лат. Borum), ат. н. 5, ат. м. 10 81 Б.— кристаллич. вещество серовато-чёрного цвета; плотн. 2340 кг/м3, tnJ]2075 °С. В природе встречается гл. обр. в виде солей борной к-ты (боратов); из них раньше других известна бура. Разложением боратов получают борный ангидрид В2О3; восстанавливая В2Оа магнием — Б. Очень чистый Б. получают восстановлением бороводородов. Б. в небольших кол-вах вводят в стали и другие сплавы для улучшения их меха-нич. св-в. Б. и его соединения используют для защиты от нейтронного излучения и при изготовлении регулирующих стержней ядерных реакторов. Широкое применение в технике находят бориды. Б., а также его нитрид BN, карбид ВС и др. соединения — ПП материалы. Соединения Б. применяют в медицине (напр., борная кислота) и с. х-ве как микроудобрения. Разложением летучих соединений Б. на поверхности накал, вольфрамовой проволоки в атмосфере водорода получают высокопрочное борное волокно, применяемое для упрочнения армиров. пластиков.

ГАФНИЙ (от позднелат. Hafnia — Копенгаген, где этот элемент был открыт) —хим. элемент, символ Hf (лат. Hafnium), ат. н. 72, ат. м. 178,49. Г.— серебристо-белый металл, плотн. 13090 кг/м', t ок. 2222 °С. Содержится в рудах циркония, из к-рых его и получают. Применяется в ядерной энергетике (регулирующие стержни реакторов, экраны для защиты от нейтронного излучения) и в электронной технике (катоды, геттеры, электроконтакты). Перспективно применение Г. в произ-ве жаропрочных сплавов для авиации и ракетной техники. Твёрдый р-р карбидов Г. и тантала — самый тугоплавкий керамич. материал.

ПОГЛОЩЕНИЕ НЕЙТРОНОВ — захват нейтронов ядрами атомов вещества. Ядра, возникающие в результате П. н., могут быть как стабильными, так и радиоактивными. П. н. используется для ослабления интенсивности нейтронного излучения, напр, с целью регулирования хода цепной реакции в ядерном реакторе (см. Нейтронов поглотитель), получения искусственно-радиоактивных ядер и т. д.

ставляет стабильность размеров и твердости (они наиболее подвержены влиянию нейтронного излучения).

В опытах по облучению, проведенных компанией «Кук электрик» [86], высокочастотные диоды типа 1N251 (подобные диодам 1N252 в табл. 6.7) выдерживали большие потоки, чем диоды 1N459 и пр. По данным работ [45, 73], прямое сопротивление быстро восстанавливающихся диодов меньше подвергается воздействию нейтронного излучения, чем диодов с высокой проводимостью, подобных диодам 1N486A. Различия

В работе [46 ] исследовали влияние смешанного гамма- и нейтронного излучения реактора Пенсильванского университета, а также у-излучения источника Со60 на опытные SiC-вылрями-

2 Разделение нейтронного излучения на энергетические диапазоны является в известной мере условным; в СССР принято нейтроны с энергией в интервале от средней энергии тепловых нейтронов (0,05 эВ) до 200 кэВ относить к промежуточным, нейтроны с энергией от 200 кэВ до 20 МэВ — к быстрым, а с энергией гвыше 20 МэВ — к сверхбыстрым. (Примеч. п е • рев.)

Наконец, в результате нейтронного облучения металл становится радиоактивным и опасным для здоровья человека.

Защита от нейтронного облучения будет осуществляться наиболее эффективно экранами, изготовленными с применением элементов, расположенных в правой стороне табл. 114. Металлы, расположенные в левой части таблицы, можно использовать как конструкционные материалы для реакторов.

Торий. Металлический торий естественного происхождения не является делящимся материалом, но под воздействием нейтронного облучения превращается в ядерное горючее U238.

На цирконий и его сплавы ускоряющее влияние излучения наблюдается только при большой интенсивности нейтронного облучения [^зШ13 нейтрон/(см2-с)], что обусловлено большой устойчивостью защитной пленки. На коррозию титана оказывают влияние большие частицы.

Развитие представлений о фракталах ставит на новую основу анализ структуры пористых материалов. До настоящего времени структуру пористых материалов связывали с плотностью и размером пор. Однако, устойчивых закономерностей связи структуры со свойствами установить не удалось. Согласно квнненции-фракшлвВу*качестве^ параметра структуры пористого материала следует принять фрактальную размерность, определяемую распределением пор по размерам. Если рассматривать систему из пустот пористого материала как кластер, то фрактальные свойства такого материала можно определить по рассеянию рентгеновского или нейтронного облучения. Д. Шефер и К. Кефер [11] для анализа структур, формирующихся в ходе случайных процессов в силикатных системах, использовали малоугловые рассеяния света и рентгеновских лучей. Схема на рисунке 2.8 иллюстрирует набор структур, которые ранее не были установлены в силикатах.

Развитие представлений о фракталах ставит на новую основу анализ структуры пористых материалов. До настоящего времени структуру пористых материалов связывали с плотностью и размером пор. Однако устойчивых закономерностей связи структуры со свойствами установить не удалось. Согласно концепции фракталов в качестве параметра структуры пористого материала следует принять фрактальную размерность, определяемую распределением пор по размерам. Если рассматривать систему из пустот пористого материала как кластер, то фрактальные свойства такого материала можно определить по рассеянию рентгеновского или нейтронного облучения. Д. Шефер и К. Кефер [11] для анализа структур, формирующихся в ходе случайных процессов в силикатных системах, использовали малоугловые рассеяния света и рентгеновских лучей. Схема на рисунке 2.8 иллюстрирует набор структур, которые ранее не были установлены в силикатах.

Кроме того, для защиты от нейтронного и гамма-излучения часто используется композиционный материал на основе полиэтилена с наполнителем из свинца, а для защиты от нейтронного облучения — пластик с наполнителем из бора или соединений бора. При необходимости визуальных наблюдений для защиты применяют прозрачные слоистые пластики с наружным огнестойким слоем из плексиглаза SE-3.

Окись алюминия. Влияние облучения на стабильность размеров А1203, вероятно, невелико. Уилер [217] измерил макроскопический рост монокристаллов сапфира после облучения потоком 2-1019 нейтрон!см? при 350° С. Изменения размеров не превышали 0,015%. В табл. 4.1 показано, как изменились размеры и некоторые физические характеристики А1203 в результате облучения. Мартин [143] также изучал действие нейтронного облучения при 30° С на синтетический сапфир. Увеличение размеров А120з как функция потока нейтронов показано на рис. 4.1. При 1,46-1019 нейтрон/см2 увеличение размеров составило только 0,048% вдоль оси с и 0,03% перпендикулярно к оси с (вдоль оси а). Таким образом, наблюдается некоторая анизотропия в изменении размеров, но не такая большая, как, например, в графите. Отжиг такого образца, как

Кларк [39,40] изучал оптические характеристикиMgO, подвергнутой действию различных видов излучения. Кристаллы MgO облучали ультрафиолетовым светом, рентгеновскими лучами и нейтронами. Им было проанализирована схема образования полос поглощения, а также их светового и термического восстановления, предложена модель активации под действием ультрафиолетовых лучей и сделана попытка объяснить некоторые результаты рентгеновского и нейтронного облучения. Он исследовал роль примесей в MgO и сделал вывод, что радиационные изменения оптических свойств не зависят непосредственно от примесей. По степени эффективности в образовании полос поглощения виды излучения располагаются в следующем порядке: нейтроны, электроны, рентгеновские лучи. Вопрос о влиянии облучения на оптические свойства MgO обсуждается в работе Биллингтона и Кроуфорда [21 ]. Верц и др. [214, 215] применили технику электронного спинового резонанса для изучения центров окрашивания в MgO и объяснили полосы поглощения на основе химических изменений примесей переходных элементов, содержащихся в MgO.

Стекла пирекс. Эти стекла, содержащие заметные количества бора, особенно легко поддаются влиянию нейтронного облучения в результате реакции (тг, а) на В10 с образованием гелиевых и литиевых атомов со значительной кинетической энергией. Облучение пирекса потоком надтеп-ловых нейтронов 3-Ю19 нейтрон/см2 (Е > 100 эв) приводит к его выкрашиванию [28]. Прочность пирекса до облучения высока, а после облучения несколько уменьшается.

Изучалось действие облучения быстрыми нейтронами на некоторые титанаты [228]. ВаТЮ3, ВаТЮ3 + 4% РЬТЮ3, ВаТЮ3 + 5% СаТЮ3 облучались интегральными потоками быстрых нейтронов от 1015 до 1018 нейтрон/см2, а также у"излУчением радиоактивного изотопа Со60 до 3,9-108раЗ. Потоки менее 1018 быстрых нейтрон/см2 оказывали небольшое влияние на диэлектрическую проницаемость. После старения при комнатной температуре в течение 12 дней восстанавливалось 30% изменений диэлектрической проницаемости образцов, облученных интегральным потоком быстрых нейтронов 1018 нейтрон /см2. После старения в течение 255 дней восстанавливалось 55% исходной величины. Термообработка также частично восстанавливает исходные свойства. Даже при меньших дозах облучения добротность понижалась, но восстанавливалась в результате термообработки и старения. Суммарные потери на гистерезис при постоянном максимальном электрическом смещении увеличивались, а изменения петли гистерезиса были велики только для образцов, облученных интегральным потоком быстрых нейтронов 1018 нейтрон/см2. Электрическое смещение для постоянного электрического поля уменьшалось. Гамма-облучение радиоизотопа Со60 вызывало подобные, но меньшие изменения диэлектрической проницаемости и добротности. Однако влияние на характеристики гистерезиса было противоположно влиянию нейтронного облучения: потери на гистерезис при постоянном максимальном электрическом смещении уменьшались, а электрическое смещение при постоянном поле увеличивалось. Некоторые данные по влиянию облучения на свойства ферритов приведены в работах [80, 121].