Действие реакторных излучений на материалы

Под воздействием реакторных излучений, главным образом быстрых нейтронов с энергией больше 1 МэВ, в материалах происходят радиационные повреждения – нарушается кристаллическая решетка. На первом этапе, когда энергия нейтрона еще высока, при движении через материал он сравнительно редко сталкивается с атомами, расположенными в узлах кристаллической решетки. При этом атомы выбиываются со своих мест и располагаются в межузлиях решетки. В результате образуются парные дефекты: вакансия – межузельный атом. Межузельный атом, если он обладает достаточно большой энергией, может в свою очередь столкнуться с другим атомом и сместить его. Таким образом образуются сложные разветвленные цепочки парных дефектов.

По мере движения нейтрон теряет свою энергию за счет столкновений, и столкновения учащаются. На определенном участке они становятся очень частыми, за короткое время в небольшой области нейтрон отдает всю свою энергию. В этой области с поперечным размером, равным нескольким десяткам микрон, за время 10^-10-10^-12 с температура повышается до нескольких тысяч градусов. В результате кристаллическая решетка полностью разрушается, вещество переходит в жидкое или плотногазообразное состояние, называемое “атомной плазмой”. После остывания первоначальная кристаллическая структура расплавленного вещества почти полностью восстанавливается.

Образовавшиеся в материалах дефекты приводят к изменению их прочностных и некоторых других свойств. Как правило, материалы упрочныются и охрупчиваются, т.е. пределы прочности и текучести у них величиваются, а коэффициент относительного удлинения уменьшается. Кроме того, снижается теплопроводность материалов. Изменения свойств зависят от флюенса нейтронов, которым облучены материалы, от вида материала, а также от температуры, при которой работает материал. Обычно при более высокой температуре свойства изменяются в меньшей степени: происходит как бы отжиг материалов и снятие радиационных повреждений.

Помимо радиационных повреждений некоторые материалы повержены газовому распуханию – свеллингу: образовавшиеся газообразные продукты ядерных реакций скапливаются в имеющихся в материалах микропорах, при этом давление газа может достигать очень больших значений, в результате чего происходит газовое распухание материалов.

При выборе материалов и конструировании элементов, работающих в условиях облучения, всегда требуется учитывать изменение свойств материалов под воздействием реакторных излучений. Нсли имеющихся данных недостаточно, необходимо провести реакторные исследования материалов и получить данные по влиянию облучения на изменение их свойств.

Физические особенности реактора ВВЭР.

Физические особенности реактора РБМК.