Радиационное распухание

Одна из главных проблем ядерной техники — радиационное повреждение материалов, обычно вызывающее ухудшение их механических характеристик. Однако облучение можно использовать также и для улучшения конструкционных свойств. Например, в своей работе Штейнберг и др. [23] сообщают, что в результате гамма-облучения Со60 бетонного раствора, пропитанного мономерами, происходит мгновенная полимеризация. Контрольные образцы показали улучшение структурных и химических свойств.

Атомы в междоузлиях. Атом со своего места в решетке может переместиться в пространство между ее узлами. Самопроизвольно подобное перемещение происходит редко, так как внедрение избыточного атома сопровождается большим местным искажением решетки. Однако необходимая для подобного искажения решетки энергия существует при пластической деформации или при столкновении атомов с частицами высокой энергии («радиационное повреждение»). . . • . , ~ ' ..•'

В посвященной вопросам радиационного материаловедения монографии С. Т. Конобеевского «Действие облучения на материалы» (1965 г.) рассматриваются атомные столкновения при воздействии различных видов облучения, возникающие при этом дефекты строения кристаллических тел и их связь со свойствами реакторных материалов. Однако графиту уделено в ней всего несколько страниц. В изданной позднее на русском языке книге Б. Келли «Радиационное повреждение твердых тел» (1970 г.) подробно изложена теория каскада смещений и рассмотрены результаты прямого наблюдения дефектов облучения. Однако вопросы, касающиеся влияния облучения на материалы, рассматриваются лишь в отношении связи радиационных дефектов с изменением различных свойств этих материалов.

В Брукхейвенском реакторе BNL вследствие охлаждения кладки через рассекающую ее щель шириной 80 мм температура центра активной зоны минимальна при максимальном потоке нейтронов. Это обусловило наиболее сильное радиационное повреждение графита в центре кладки, где, как показало зондирование, расширение достигло 20 см [226, № 462]. Рис. 6.8 иллюстрирует радиационное изменение кладки по вы-

48. Келли Б. Радиационное повреждение твердых тел. Пер. с англ. Под ред. Ю. А. Осипьяна. М., Атомиздат, 1970.

125. Радиационное повреждение различных видов искусственных графитов.— В кн.: Радиационная физика твердого тела и реакторное материаловедение. М., Атомиздат, 1970, с. 240. Авт.: В. И. Клименков, Ю. С. Виргильев,

изменять структуру коррозионных пленок и металла (радиационное повреждение) или изменять химию теплоносителя (ра-диолиз). Последние данные показывают, что имеется общее защитное действие радиации на коррозию^ циркалоя и циркониевых сплавов, зависящее от местной концентрации кислорода в теплоносителе;

203. Радиационное повреждение стали корпусов паро-водяных реакторов /Под ред. Горынина И,В, М.: Энергия, 1981. 192 с.

Интенсивное развитие атомной энергетики сделало весьма актуальной проблему радиационной стойкости реакторных материалов. Многочисленные исследования, проведенные в этой области, дают возможность оценить роль основных факторов, ответственных за радиационное повреждение топливных и конструкционных материалов в условиях реакторного облучения. Результаты подобных исследований имеют важное прикладное значение, поскольку позволяют прогнозировать поведение материалов при разработке новых, с экономической точки зрения более выгодных, типов реакторов. Вопросы прогнозирования поведения материалов стоят особо остро при разработке и освоении реакторов на быстрых нейтронах из-за ограниченной базы для испытания материалов таких реакторов и громадного экономического ущерба, связанного с недостаточной радиационной стойкостью материалов в рабочих условиях. Это обстоятельство в свою очередь стимулирует дальнейшее развитие исследований в области физики радиационных повреждений, направленных на детальное изучение основных физических процессов, которые вызваны действием интенсивного облучения на материалы.

Изменение физических свойств облученного материала обусловлено дальнейшей жизнью облака элементарных дефектов (вакансий и межузлий), составляющего первоначальное радиационное повреждение термической и радиационно-стимулированной диффузиями дефектов, медленным отжигом, кластеризацией и взаимодействием с дислокациями, границами зерен, выделениями новых фаз, примесями выделения и т. д. Характерные времена этих процессов на много порядков превышают характерные времена образования первичных повреждений.

Таким образом, первичное радиационное повреждение является тем начальным состоянием облученного тела, которым в значительной мере определяется дальнейшее изменение его физических свойств. Поэтому первой задачей, требующей разрешения при подходе к комплексной проблеме предсказания изменений макроскопических характеристик облученных материалов и изыскания возможностей управления ими, является точное описание структуры первичного повреждения.

В книге обобщены теоретические и экспериментальные исследования по наиболее важным вопросам физики радиационных повреждений (первичные повреждения, радиационное упрочнение и охрупчивание, радиационное распухание и рост материалов).

РАДИАЦИОННОЕ РАСПУХАНИЕ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

Радиационное распухание представляет собой ярко выраженное проявление конкуренции сил взаимодействия в дефектной структуре кристалла. Следовательно, исследования радиационного! распухания являются источником столь необходимой в физике-твердого тела информации о взаимодействии точечных дефектов с дислокациями, порами, когерентными и некогерентными границами и о перераспределении точечных дефектов между однородно и неоднородно распределенными стоками различной эффективности.

114 Глава 5. Радиационное распухание металлов и сплавов

116 Глава 5. Радиационное распухание металлов и сплавов

Эксперименты по ионному облучению позволяют осуществлять более строгий контроль за величиной дозы облучения, температурой образца и другими параметрами по сравнению с экспериментами на реакторах; проводить эксперименты при циклических условиях облучения; предварительно, импульсно и непрерывно вводить гелий (или атомы других газов) в любом соотношении с числом смещенных атомов; набирать дозы, не достигаемые в действующих ядерных установках; проводить исследования по влиянию на радиационное распухание материалов скорости смещения атомов, изменяя ее в широких пределах, в связи с чем ионное облучение широко используется при исследовании закономерностей развития радиационного распухания материалов (построение дозной, дозно-скоростной, температурной зависимостей распухания), а также при изучении механизмов зарождения и роста пор, механизмов подавления или ускорения радиационного распухания металлов и сплавов примесными атомами.

Глава 5. Радиационное распухание металлов и сплазоб

120 Глава 5. Радиационное распухание металлов и сплавов

122 Глава 5. Радиационное распухание металлов и сплавов

124 Глава 5. Радиационное распухание металлов и сплавов

'26 Глава 5. Радиационное распухание металлов и сплавов