Радиационное облучение

В книге впервые систематизированы данные о свойствах отечественных углеродных конструкционных материалов. Анализируются технологические факторы, общая пористость и степень кристалличности, обусловливающие свойства графита и их радиационное изменение. Особое внимание уделено радиационной размерной стабильности и стойкости графита к окислению.

Радиационное изменение свойств графита усугубляется неоднородностью поля быстрых нейтронов и значительными температурными градиентами в пределах одного графитового блока — основного элемента кладки уран-графитового реактора. Отмеченные постоянно действующие факторы вызывают различные размерные изменения графита по сечению графитового блока и приводят к возникновению напряжений, кото-

чают анизометричные высокотекстурированные частицы. Из-за значительной анизотропии структуры таких коксов (типа «Кендалл», «Техас») даже частицы довольно крупного размера (~1 мм) сохраняют анизометрию. Процесс формования заготовок продавливанием через мундштук пресс-массы с такими частицами обусловливает высокую анизотропию свойств указанных марок графита. Электронно-микроскопические исследования [232] показали, что основными структурными элементами графита на основе нефтяного кокса являются частицы пластинчатого типа гладкой формы, напоминающие частиды природного графита, вследствие чего радиационное изменение размеров графита при облучении анизотропно.

Конструкционный графит имеет ярко выраженную анизотропию свойств, которая характеризуется их различием в перпендикулярном и параллельном направлениях относительно оси формования изделий. Особенно необходим учет анизотропии свойств графита при его использовании в конструкционных элементах ядерных реакторов, в которых требуется обеспечить отвод тепла из графитовой кладки к теплоносителю и минимальное радиационное изменение размеров в этом направлении.

Найденные графически значения величин, входящих в уравнение, описывающее радиационное изменение прочности, равны

Важнейшими факторами, определяющими поведение графита при облучении, являются вид используемого сырья и температура его обработки. Известно, что углеродные материалы отличаются способностью к графитации, т. е. к трехмерному упорядочению кристаллической структуры. Изменяя температуру обработки, можно получить материал с различной степенью совершенства структуры. Так, при использовании в наполнителе природного графита получается сильнотекстурированный материал, имеющий анизотропное радиационное изменение размеров. Материалы на основе неграфитирующихся — «жестких»— коксов (из сахара, фенолформальдегидной смолы и т. д.) испытывают объемную усадку уже при температуре облучения »30°С. Промежуточное положение занимают искусственные графиты на основе «мягких» коксов, которые, в. свою очередь, существенно различаются между собой степенью радиационной размерной стабильности.

Как пример материала с кристаллитами большого размера можно привести графит марки PGA, обладающий более высокой размерной стабильностью. Аналогичные результаты были получены на модельном материале—-изотропном пироуглероде. Для этого материала относительное радиационное изменение размеров образцов, как показал Келли [214], экспоненциально уменьшается с увеличением размеров кристаллитов. Таким образом, радиационные размерные изменения непосредственно: связаны со структурой исходных материалов. Сырье для реакторного графита не должно содержать плохографитирующихся компонентов, образующих области с пониженной степенью совершенства.

Радиационное изменение размеров прессованного материала на основе природного графита (композиция природного графита с полукоксом) в зависимости от температуры обработки в интервале 1300—3000° С иллюстрирует рис. 4.3. Видно, что для обоих направлений вырезки образцов облучение при температуре 250° С и флюенсе 3,6-1020 нейтр./см2 вызвало радиационный рост. Заметная анизотропия обусловлена наличием в материале « 50% природного графита.

Исследования при высокотемпературном облучении большими флюенсами модельных материалов — пироуглерода и пирографита — выявили влияние плотности на размерные эффекты. У изотропных пироуглеродных материалов, осажденных как при низкой, так и при высокой (выше 1600°) температуре, при облучении флюенсом 8-Ю21 нейтр./см2 при 600—1400°С радиационное изменение линейных размеров, как показано Сти-венсом и Бокросом [214], снижалось по мере возрастания исходной плотности. Скорость начального сжатия изотропного пироуглерода (с одинаковой степенью совершенства) резко снижается с увеличением плотности от 1,55 до 1,95 г/см3. Зависимость размерных изменений от плотности сохраняется и в области вторичного роста (распухания): более плотные материалы распухают сильнее.

Радиационное изменение размеров углеродных материалов находится в сложной зависимости не только от его исходных свойств, связанных с технологией изготовления, но и от усло-

Влияние дисперсности кокса-наполнителя на радиационное изменение размеров Al/l образцов графита (облучение при 270—320 °С флюенсом 6,5- 10ао нейтр./сма)

Для расширения температурного диапазона ПЭ-пленки проводят ее радиационное облучение [34], которое позволяет изменить физико-механические и защитные свойства ПЭ за счет образования в аморфной части полимера пространственно-сшитой структуры (табл. 38).

Пластическая деформация, радиационное облучение, термическая обработка и ряд других обработок, способ-

Не менее эффективным оказалось применение ядерных излучений при проведении процессов полимеризации и изменения свойств уже полученных полимерных веществ. Радиационное облучение полиэтилена способствует

Для флюенса нейтронов <1017 нейтр./см2 может быть использована методика определения температуры с помощью-облученного алмаза, применяемая в объектах, в которых отсутствует радиационное облучение. В этом случае образованием дефектов и их радиационным отжигом можно пренебречь.

Радиационное облучение сопровождается упрочнением отожженных материалов. При обработке уже наклепанного материала дополнительного упрочнения не возникает. Радиационное облучение потоком заряженных частиц — нейтронов, протонов, электронов и т. д. — вызывает объемные деформации, изменяет упругие и особенно пластические характеристики материалов. Предел прочности и модуль упругости изменяются мало (возрастают на 1,5—5%), предел текучести увеличивается в 1,5—2 раза.

Работа развивает вероятностный подход для оценки эффектов воздействия на человека вредных факторов [1, 12]. Одним из таких факторов является радиационное облучение, приводящее к увеличению соматико-стохастических [1] и генетических эффектов. Выведены выражения для оценки ущерба здоровью населения от индуцированных радиационным воздействием генетических повреждений. Вид зависимости «доза — эффект» для проведения расчетов предполагался линейным, однако выведенные выражения для показателя ущерба позволяют использовать любую функциональную зависимость «доза — эффект». Для проведения численных оценок генетические болезни разбивают на несколько больших категорий. Знание всего «спектра» индуцируемых излучением болезней, а также временных параметров начала и продолжительности каждой болезни позволит уточнить проведенные оценки. Выражения для показателя ущерба от генетических дефектов позволяют учитывать различие по полу и возрасту, а также любые изменения в численности популяции.

чтобы во время эксплуатации станции радиационное облучение населения было настолько низким, насколько это достижимо, и в любом случае находилось в соответствии с национальными требованиями и международными рекомендациями;

6.5. Радиационное облучение

Радиационное облучение материалов в условиях космоса связано с огромным радиационным полем вокруг Земли. Это и корпускулярная радиация — электроны и протоны, попавшие в магнитное поле Земли, космические лучи — частицы высоких энергий, приходящие из различных областей Вселенной, и солнечные космические лучи.

6.5. Радиационное облучение....................................................................................144

чтобы во время эксплуатации станции радиационное облучение населения было настолько низким, насколько это достижимо, и в любом'случае находилось в соответствии с национальными требованиями и международными рекомендациями;