Справочник по конструкционным материалам (998983), страница 75
Текст из файла (страница 75)
При взаимодействии быстрых нейтронов с полупроводниками снижаются их усиливающие характеристики, в запрещенной зоне возникают разрешенные состояния, 1 Быстрые нейтроны образуются нрн реакции деления ядер, нх энергия составляет О,! -10 МэВ. 426 ! Изучение поведения различных материалов в потоках быстрых и тепловых нейтронов показало, что существует пороговое значение флюенса нейтронов, ниже которого вдияние облучения на материалы незначительно. В табл. 6.73 и 6.74 приведены порого- 3 вые значения флюенсов для быстрых, тепловых и надтепловых нейтронов.
Выше пороговых значений флюенса нейтронов эффект облучения необходимо учитывать при выборе материалов, расчете механической и конструкциониой прочности, коррозионной стойкости, расчете теплопередачи и совместимости материалов. Пороговое значение флюенса, Вызываемое нзиененне свойств нейтр1м Германиевые, кремниевые полупроводники Полиметил, метакрилат, целлюлоза Вода и жидкие органические соединения Ухудшение усиливающих харакгеристик Потеря прочности Газовыделение Натуральный и бутиловый каучук Органические жидкости Потеря эластичности Газовыделение, повышение вязкости 102' 1О Бутиловый каучук Полиэтилен Размягчение Потеря прочности при растяжении 1022 Натуральный каучук Отвердевание Повышение ввзкасти Потеря прочности при растяжении Углеводородные масла Поли стирол Металлы Углеродистые стали Повышение предела текучести Снижение ударной вязкости Керамика Сплавы циркония 10 Углеродистые спши 10 Коррозионно-стойкие стали 26 102' 1О Алюминиевые сплавы Циркониевые сплавы Распухание, падение пластичности Никелевые сплавы 1 Тепловыми называют нейтроны, находящиеся в тепловом равновесии с ядрами среды и имеющие энергию 0,005-0,2 эВ.
2 Флккнс нейтронов — произведение плотности потока нейтронов и времени облучения; плотность потока нейтронов — произведение плотности нейтронов них средней скорости. 3 з Надтепловыми называют нейтроны с энергией 2-10 эВ. 427 !01е 1О 10 10 10 022 1О Ю Ю 10 10 Та6внна 6. 73. Пороговое значение флюенса быстрых нейтронов в разлнчиык материалах )19) Фенолполимеры с минеральными наполни- Потеря прочности при раствкении Снижение теплопроводности, плотности, разрушение кристаллической сзруктуры Снижение пластичности, рост предела текучести Снижение пластичности, рост предела текучести Снижение пластичности, росг предела текучести, поныв!ение критической тем- пературы хрупкости Значительное падение пластичности Заметное снижение пластичности Таблица б. 74.
Перегевее значение флвеиев тецлевык и иадтецлевык вейтреиев в различных материалак 1%1 Степень радиационного воздействия на материалы при облучении их нейтронами зависит от состав изотопов в химических компонентах матер~алов. Например, в результате (л, а)-реакции' в материалах появляется гелий, влияющий на процессы радиационного распухания, ползучестн, охрупчивания. Для примера можно указать и другие ядерные реакции, которые могут приводить к дополнительному изменению свойств материалов: Ве(р, и) 1.1;"А1(р,т)' 81; ~1.1 (л, ц) Т; А1 (л,т)~~А1; Ве(а,л) С; Ма(л,у) Ха. К свойствам конструкционных материалов, работающих в условиях радиационных облучений, предъявляют следующие требования (17, 191: 1) высокая механическая прочность и пластичность; 2) высокая термическая стабильность (теплостойкость); 3) высокая коррозионная стойкость и совместимость с другими материапами; 4) хорошие характеристики теплопередачи; 5) малое сечение поглощения (захвата) нейтронов; б) большая радиационная стабильность; 7) низкая наведенная радиоактивность; 8) высокое сечение рассеяния нейтронов, большая потеря энергии нейтрона за одно столкновение.
Первые четыре требования являются общими для конструкционных материалов; последние — специфическими свойствами, определяемыми необходимостью экономии нейтронов, эффективного их замедления (для реакторов на тепловых нейтронах), а также стремлением иметь малое отрицательное изменение механических н других свойств под влиянием радиационного облучения. Специфические требования определили выбор элементов, служащих основой и легирующими добавками реакторных металлических материалов. 1 Реакция захвата нейтрона л ядром, сопровождающиеся вылетом а-частицы ((и, т) — то же испусканием 7-кванта; (р, а) - реакция захвата протона р ядром, сопровождающаяся вылетом а-частицы). 428 Перечень этих элементов и нх ядерно-физические характеристики приведены в табл.
6.75. Таблица б. 75. Яяерие-физические свойства реакторных металлических материалов (Щ Сечение поглощения тепловых нейтронов Сечение рассеяннл тепловых нейтронов, б 1 т, т7м г, С Элемент 1283 640 1845 0,0095 0,063 0,1$0 7,0 4,0 $,0 1,0 6,6 19,0 1„85 1,74 6,50 9,01 24,31 91,22 Ве М$ Ег 1,4 5,0 7,0 ! 1,О 3,0 26,98 92,91 95,94 55,$5 52,00 А1 ИЬ Мо Ре Сг 63,54 58,71 50,94 7,2 17,5 5,0 Сп % Ч 4,51 7,43 19,20 16,60 1725 1245 3410 2996 6,100 ! З,ЗОО 19,000 21,000 642,0 1400,0 2000,0 22!0,0 4,0 2,3 5,0 5,0 47,90 54,94 183,85 180,95 Т1 Мп % Та -лв г Бари — внесистемная единица измерения площаяи, 1 6 !О м .
Бериллий и егв соединении. Бериллий имеет наименьшее из всех металлов сечение поглощения тепловых нейтронов, большое сечение рассеяния и высокую температу- 1 ру плавления, поэтому является огличным замедлителем и отражателем . Бериллий и оксид бериллия хрупки, дорогостоящи и токсичны, что плохо согласуется с общими требованиями к конструкционным материалам. Для металлического бериллия и его оксида характерными эффектами, наблюдаемыми при росте флюенса быстрых нейтронов, являются размерная нестабильность и гелиевое охрупчивание. Размерная нестабильность связана с реакциями взаимодействия быстрых нейтронов с бериллием, Увеличение относительного обьема ЬПК образца бериллия (радиационное распухание) при температурах облучения 70-130 С описывается зависимостью 1191 ЬНК= 0,5$4Е ', где гт 1Π— флюенс (Е > 1 МэВ) нейтронов.
Пластичность облученного бериллня падает практически до нуля уже при относизз 3 тельно невысоких флюенсах нейтронов (1-4) 1О нейтр./м . Это свойство носит название гелиевого охрупчивания бериллия. 1 Сечения взаимодействия нейтронов с ядрами характеризуют вероятность ядерной реакции (например, поглощения) или изменения энергии нейтронов (рассеяния).
2,70 8,57 10,20 7,87 7,19 $,96 8,91 6,10 660 2415 2617 1539 1990 1083 1465 1736 0,235 1,100 2,600 2,530 3,100 3,800 4,600 4,900 24,7 116,0 274,0 267,0 326,0 400,0 485,0 516,0 0 4 $12 2 100 ЗОО 500 ~, 'С Р 10~, нейтр./из При облучении нейтронным потоком линейные размеры изделий из оксида бериллия увеличиваются, соответственно уменьшается плотность, увеличивается порнстость изделий. При низких температурах облучения (75-100 С) ускорение темпа роста объема оксида бериллия наблюдается при флюенсе быстрых нейтронов около 310 2 нейтр./м (рис. 6.1). Увеличение температуры облучения образцов уменьшает рост нх объема. Чем выше плотность образцов, тем бол~ше их расширение при одинаковом флюенсе.
Существует предельно допустимое удлинение при расширении, превышение которого приводит к растрескиванию, разрушению, превращению изделий в порошок. Флюенс, при котором происходит разрушение, увеличивается с уменьшением размера зерна оксида бериллия согласно зависимости б =0,1б7Р' 10 где Ь вЂ” размер зерна, мкм (размер зерне определяли при температурах облучения 50-100 С).
Максимально допустимый флюенс, не вызывающий микрорастрескивания, в зависимости от температуры облучения, плотности потока нейтронов и размера зерна оксида бериллия, приведен на рис. 6.2. Основную роль в изменении обьема изделий нз оксида бериллня играет гелий, а также тритий, образующиеся при взаимодействии бериллия с быстрыми нейтронами. Содержание гелин (его около 0,95 по объему в смеси с тритием) увеличивается с ростом 430 Рнс. бд.
Радиационное распухание ЬИУ высокоплотного оксида бериллия в зависимости от фяюенса нейтронов ври температурах 75-110 С(1) и 500-700 С (2) 1173 100 ф 40 й 20 3" Ь 10 4 Рнс, 6.2. Изменение максимально допустимого флюснса, не вызывающего микрорастрескиванил, в зависимости от температуры облучения, размера зерна ВеО (1-1...25 мкм; 2-10...15 мкм) и и плотности потока нейтронов, равной 10 и 10 нейтр./(и с) (17] ~~ ие/~ие 0,15 0,10 1,0 0,5 0 1 2 3 Й~ч о 0,4 1,0 2 4610 20 1г 10 ~~, нейтр./м2 Рис. 6.4. Зависимость объемной доли гелия, выделившегося из облучеиимх образцов Вес (Г 210 иейтр,/м,860 С) при различных температурах отжигв, от времени т 1171 Рис. 6.3. Зввисимость объем- ной доли гелия в облучеииом оксиде бериллия от флвеиса нейтронов 1171 флюенса нейтронов (рис. 6.3).
Если температура изделия превышает 1200 С, становится существенным вьщеление гелия из образцов оксида бериллия (рис. 6.4), зависящее от времени выдержки. На этом основан способ восстановления свойств изделий нз оксида бериллня с помощью высокотемпературного озжига. Теплопроводность образцов при облучении уменьшается с ростом флюенса в тем большей степени, чем выше плотность материала (рис. 6.5). С увеличением температуры уменьшение теплопроводности замедляетсл и при 100 С достигает насыщенна на уровне 40 — 50 % исходного значения при флюенсе 4 10 нейтр./м . 2з г Ф Прочность оксида бериллия падает с ростом флюенса нейтронов в тем большей степени, чем 025 выше плотность образца.
Повышение температуры облучения до 350 — 400 С заметно уменьшает влияние нейтронного потока, но оно остается еще значительным. Отжиг при 1300 С полностью восстанавлшает прочностные свойства. На рис. 6.6-6.8 приведены зависимости относительной прочности оксида бериллия при сжатии, растяжении и изгибе от флюенса быстрых нейтронов (Е > 1 МэВ) и температуры. Небольшое увеличение прочностных свойств при малом флюенсе соответствует теоретическим данным. О 0,1 1,0 Г 10 зе, иейтр./мз Рис. 6.5.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
