Радиационной стойкостью

Многочисленные исследования радиационной стабильности органических веществ позволили установить некоторые закономерности процесса радиолиза [1, 22, 117]:

11) различные производные органических соединений в порядке уменьшения их радиационной стабильности могут быть расположены в следующий ряд: ароматические, алифатические, эфиры, спирты, кетоны.

В качестве примера можно привести состав газообразных продуктов радиолиза 4-тг-гептилбифенила: водород (G = 0,0606), метан (G = 0,0063), этан (G = 0,005), пропан (G = 0,0003) и следы этилена, пропилена и бутана. Общей закономерностью для всех изученных алкилбифенилов и алкилтерфенилов является повышение вязкости и точки размягчения по мере увеличения количества поглощенной энергии. Известно, что в состав некоторых горючих и смазок входят алкиларилэфиры, алкилдифенилэфи-ры, высокомолекулярные алкилбензолы, диарилалканы [29]. Предварительные исследования по изучению радиационной стабильности этих классов соединений свидетельствуют о возможном использовании их в условиях реактора при дозе облучения около 1010 эрг/г.

* Сведения по радиационной стабильности ионообменных смол типа Rep; FaS; F$S приведены в работах [64, 65], смолы ШАС-СН, 1МАС-5-4, Stamex-S, Dusarit-S, «Amberlite» JRA-401 —в работе [181].

по изучению стабильности различных смол. Облучение смол как в воздушно-сухом виде, так и в набухшем приводит к снижению обменной емкости. Как правило, уменьшение емкости смол, облученных в воздушно-сухом состоянии, значительнее. Результаты некоторых опытов [50] указывают на зависимость уменьшения емкости смол от мощности дозы (обратная зависимость). По радиационной стабильности различные типы ионитов могут быть поставлены в следующий ряд: смолы на основе фенола > > сульфоновые смолы >> четвертичные аммониевые основания.

В табл. 1.34 помещены в порядке уменьшения радиационной стабильности наиболее часто используемые органические теплоносители. Для каждого из них приводятся так называемые пороги применимости, выраженные в количестве поглощенной энергии, при которой использование теплоносителя становится невозможным.

В ампульных испытаниях при выборе в качестве мерила радиационной стабильности газовыделения тетракрезилсилан был более устойчивым, чем дифенил или фенантрен [215]. Радиационная стойкость фенилметил-силиконов ограничивается дозой 8,5-109 эрг/г. Так, один из образцов ДС-710, облученный 7~квантами Д° этой дозы, заметно увеличил свою вязкость [163] и кислотное число [95]. Облучение этого образца в реакторе тепловыми нейтронами при температуре около 75° С потоком 1,78-1018 нейтрон/см2 привело к затвердеванию образца.

цы для дисперсионных элементов. Имеются многочисленные данные по радиационной стабильности ВеО (особенно много их появилось в течение последних нескольких лет). Интенсивные исследовательские программы были выполнены в Англии (Харуэлл), Франции (Сакле) и США (Ок-Ридж, «Дженерал Атомик» и «Дженерал Электрик»). Подробный обзор данных о влиянии облучения на ВеО (до 1962 г.) подготовлен Кларком [46].

трального потока при облучении быстрыми нейтронами. Изменение размеров облученной ВеО, видимо, является линейной функцией дозы облучения со слабовыраженным насыщением. Джилбрет и Симпсон [92] облучали горячепрессованную ВеО при 40° С до 3-Ю19—1,2-Ю20 нейтрон/см? и нашли, что линейное расширение не превышало 0,04%. Авторы не указывают, что размеры увеличиваются по мере увеличения дозы облучения. Однако на рис. 4.7 приведены результаты MHO- fO'f гих исследований, которые .., следует считать более надежными. Следует отметить, что приведенное соотношение между изменением размеров и дозой облучения действительно для температур облучения около 100° С. Опытов, проводимых при более высоких температурах, слишком мало, чтобы сделать для них подобный вывод, но увеличение размеров должно быть значительно меньшим вследствие большой роли явлений отжига. Тобин [203] облучал ВеО при 570—960° С потоком быстрых нейтронов до 2Д-1021 нейтрон/см2. Он нашел, что для большинства (из 45 испытанных) образцов увеличение размеров было менее 1 %, а уменьшение плотности менее 3%. Он также сделал вывод, что при облучении быстрыми нейтронами (1,7 -г- 2,1)-1021 нейтрон/см2 при 800—980° С не замечено ухудшения радиационной стабильности и разрушения. Автор не определил соотношения между плотностью и радиационной стабильностью ВеО.

появляющимися за счет радиационных дефектов,— все это важно для определения радиационной стабильности ВеО. Кларк [46] вычислил теоретический рост (gT) облученной ВеО, исходя из роста параметров решетки (gL) и используя выражение gT =

потоке быстрых нейтронов 1021 нейтрон/см*. Радиационная стабильность является функцией таких характеристик, как плотность образца, ориентация зерен, примеси, содержание воды и температура облучения. Наибольшей радиационной стабильности следует ожидать от облученной при высоких температурах ВеО низкой плотности с предпочтительной ориентацией зерен и низким содержанием воды. И теплопроводность и механическая прочность ВеО существенно понижаются при облучении, причем образцы с высокой плотностью менее устойчивы. Сопротивление ВеО тепловому удару несколько понижается и, вероятно, достигает предела, когда изменение свойств достигает насыщения. Газы, образующиеся при облучении, появляются из разных источников и способствуют радиационной неустойчивости ВеО, однако основной причиной разрушения, видимо, является анизотропное расширение. Восстановление изменений свойств,чвызванных облучением, является функцией интегрального потока нейтронов, причем меньше восстанавливаются свойства в образцах, облученных более высоким потоком нейтронов при одинаковых условиях отжига. Возможно, это свидетельствует о том, что природа радиационных дефектов зависит от дозы облучения, причем более стабильные дефекты образуются при больших дозах облучения.

Материалы на основе полиамидов. Широкое применение в различных узлах трения находят антифрикционные композиционные материалы на основе полиамидов. Полиамиды благодаря наличию в основной полимерной цепи амидных групп - NH-CO- и, как следствие этого, сильных межмолекулярных связей отличаются от большинства промышленных полимеров высокими механическими свойствами, жесткостью, твердостью и стойкостью к ударным нагрузкам, повышенной усталостной прочностью и радиационной стойкостью.

Наиболее распространены контейнерные стержневые твэлы энергетических реакторов (рис. 9.6). Оболочка 1 и торцовые заглушки 6 таких твэлов образуют герметичную полость, в которой размещены таблетки ядерного топлива 2, обычно в виде химического окисного соединения UO2, PuO2, ThO2, обладающего высокой термической, химической и радиационной стойкостью. Зазор 3 между оболочкой и таблетками запол-

из приведенных данных, соединения с большим процентом ароматичности обладают большей радиационной стойкостью. Замещенные ароматические соединения стабильнее незамещенных. Очевидно, это связано с тем фактом, что боковые цепи или группы обеспечивают возможность более простого проникновения излучения в ароматическое кольцо с последующим равномерным распределением поглощенной энергии по связям. Для алкилзамещенных ароматических углеводородов наименее прочной является связь С — С, ближайшая к кольцу [136]. Необходимо отметить также, что ароматические структуры с заместителями в мета-положении стабильнее структур с заместителями в орто-и пара-положениях [1].

Из приведенных в табл. 1.34 органических теплоносителей этилен-гликоль и водные растворы обладают невысокой радиационной стойкостью. Так, при облучении в реакторе (доза 2-Ю10 эрг/г, температура примерно 93° С) распад этиленгликоля весьма велик.

Силаны обладают несколько большей радиационной стойкостью, чем силиконы: например, пороговая температура тетрабензилсилана при облучении интегральным потоком тепловых нейтронов 2,2-1018 нейтрон/'см* составляет около 350° С [246]. Увеличение вязкости силанов при облучении меньше, чем у силоксанов. Силикатные эфиры при дозах до 1010 эрг/г показывают значительные изменения вязкости.

Метиловый оранжевый и конго красный — диазокрасители, стабильные при облучении аэрированных растворов [69]. Подобной стойкостью обладают и красители, содержащие нитрогруппы [1]. Кубовые красители [8] не только термостабильны, но и обладают весьма высокой радиационной стойкостью.

Рис. 2.1. Мономерные звенья, расположенные в соответствии с их радиационной стойкостью [89]:

В целом пластики по сравнению с эластомерами обладают такой же или даже более высокой радиационной стойкостью, однако уступают в этом отношении металлам и керамическим материалам. Среди других пластиков жесткие являются более радиационностойкими.

Фенольные смолы. Фенольные смолы без наполнителей обладают довольно низкой радиационной стойкостью; повреждение на 25% достигается при поглощенной дозе 1,1-Ю9 эрг/г. Их сопротивление разрыву и удару уменьшается примерно на 50% при дозе 3-1010 эрг/г [89]. Облученные смолы распухают, становятся очень хрупкими и легко разрушаются. Кроме того, образуются растворимые продукты, которые вызывают разложение материала в воде.

По-видимому, имеется связь между температурой термического разрушения и радиационной стойкостью. Возможность свободного вращения и изгиба метильной группы алифатического амина обусловливает получение литых смол с низкой температурой термического разрушения и, наоборот, устойчивость ароматических отвердителей обусловливает получение материалов с высокой температурой термического разрушения и с повышенной радиационной стойкостью [1а]. Увеличение предела прочности при изгибе, наблюдаемое в некоторых системах на начальной стадии облучения, по-видимому, связано с реакцией остаточных этоксильных групп под влиянием излучения.

Полиэфирные смолы. Полиэфирные смолы без наполнителей обладают низкой радиационной стойкостью, при облучении твердеют и растрескиваются. Хотя стойкость различных полиэфиров изменяется в некоторых пределах, в целом их свойства начинают изменяться примерно при дозах 107 — 108 эрг/г. Предел прочности на разрыв и ударная вязкость уменьшаются, хотя в начале облучения предел прочности на разрыв может увеличиться.