Нейтронном облучении

При нейтронном излучении (промежуточные и быстрые нейтроны) плотность излучения измеряется числом нейтронов, прошедших через единицу площади облучаемого тела перпендикулярно его поверхности (1 см2, 1 м2). Нейтронная единица дозы (нед) —доза нейтронного излучения, вызывающего в тканеэквивалентном газе массой 1 кг образование путем ионизации ионов с суммарным зарядом в, 1 Кл. Тканеэквивалентный газ имеет следующий состав: 64,4% метана, 32,5% углекислого газа и 3,1% азота.. Воздействие нейтронного облучения на такой газ аналогично влиянию на органические вещества, ибо и здесь и 'там при нейтронном облучении происходит разрушение органических молекул.

~'14,3 дня), получаемый путем нейтронного облучения исследуемого образца.

~'14,3 дня), получаемый путем нейтронного облучения исследуемого образца.

Для этого потребуется теплоноситель с высокой теплоемкостью и в то же время мало подверженный влиянию интенсивного нейтронного облучения в реакторе. Подходящим для этой цели является металл литий — он имеет высокую точку кипения и отличные характеристики теплопроводности. Два встречающихся в природе устойчивых изотопа лития вступают в реакцию с нейтронами по следующим формулам:

С вводом в строй ядерных реакторов производство радиоизотопов значительно упростилось. Внутри реактора, где происходит ядерная реакция деления, скапливается огромное количество свободных нейтронов, которые легко вступают в ядерные реакции с ядрами других элементов. Подобным образом образуются тритий, плутоний и много других изотопов. В частности, и рассмотренный нами фосфор-32 в настоящее время обычно производят с помощью нейтронного облучения серы-32:

в этих реакциях гелий и водород, согласно приобретенному при разработке быстрых реакторов опыту, во многих случаях будут усугублять вредное влияние нейтронного облучения на материалы.

Вопрос о влиянии интенсивного нейтронного облучения на процессы окисления и совместимости материалов может иметь, как указывалось выше, большое значение для живучести элементов, конструкции быстрых реакторов, однако физическая сторона данного вопроса исследована мало [8, 9]. Интересная информация.

Из представленных на 18 зависимостей прироста предела текучести различных сталей от дозы нейтронного облучения видно, что для сталей типа 15ХЗМФА [35] наблюдается хорошее соответствие Да ~ Ф1/3 в исследованном интервале доз, для сталей типа 304, 316 и 347 зависимость Дет ~ Ф1/2 наблюдается до доз 5-1019 см~2, а при более высоких дозах она лучше описывается уравнением (3.16) [9].

Результаты исследования влияния температуры облучения быстрыми (Е > 1 МэВ) нейтронами на механические свойства хаателлоя Н (16% Мо, 6,5% Сг, 3,50% Fe, остальное Ni) представлены на 40. Образцы облучали при температуре 50, 280 и 740° С, испытания проводили при 650Q С [36]. На основании этих данных можно сделать вывод, что при небольших дозах нейтронного облучения (примерно до 1021 н/см2) охрупчивание усиливается

§ 2. Влияние дозы нейтронного облучения на ВТРО

§ 2. ВЛИЯНИЕ ДОЗЫ НЕЙТРОННОГО ОБЛУЧЕНИЯ И СПЕКТРА РЕАКТОРА НА ВТРО

При нейтронном излучении (промежуточные и быстрые нейтроны) плотность излучения измеряется числом нейтронов, прошедших через единицу площади облучаемого тела перпендикулярно его поверхности (1 см2, 1 м2). Нейтронная единица дозы (нед) —доза нейтронного излучения, вызывающего в тканеэквивалентном газе массой 1 кг образование путем ионизации ионов с суммарным зарядом в, 1 Кл. Тканеэквивалентный газ имеет следующий состав: 64,4% метана, 32,5% углекислого газа и 3,1% азота.. Воздействие нейтронного облучения на такой газ аналогично влиянию на органические вещества, ибо и здесь и 'там при нейтронном облучении происходит разрушение органических молекул.

При облучении полупроводника медленными нейтронами в нем происходят радиоактивные изменения, в результате которых в исходном кристалле появляются примеси посторонних элементов. В германии, например, при нейтронном облучении появляются примеси галлия и мышьяка. Так как образование атомов галлия при этом происходит в три раза быстрее, чем атомов мышьяка, то общая электропроводность определяется избытком галлия, т. е. бомбардировка германия нейтронами приводит к появлению дырочной электропроводности.

Радиационная стойкость по интегральному потоку для туннельных диодов Фр =101б-Н017 см-2 (при Э-излучении), Фя=Ш15-!-1017 см~г ((при нейтронном облучении) и зависит от исходного материала полупроводника. Наиболее радиационно-стойким являются диоды на основе p-Ge и несколько хуже арсенид-галлиевые. Кремниевые диоды уступают арсенид-галлиевым и на 1—2 порядка хуже германиевых. На 5.3, а приведены прямая ветвь ВАХ кремниевого туннельного диода после облучения нейтронами, а на 15.3,6 — аналогичные изменения прямой ветви ВАХ арсенид-галлиевого диода при р-облучении.

теоретические оценки соотношений концентраций «выживающих» дефектов при электронном, протонном, нейтронном облучении и облучении тяжелыми ионами; стандарты на радиационные эксперименты; стенды

В работе [7] исследовалось размерное распределение дефектных кластеров при нейтронном облучении ниобия до доз 2,2 • 1017 — 4,4 • 1018 см~2 и определялась зависимость предела текучести от ве-

4. а-Частицы с энергией 40 МэВ. В результате облучения происходит образование комплексов радиационных дефектов и имплантация гелия в материал. Согласно расчетам отношение числа смещенных атомов к числу атомов гелия составляет 150 (при нейтронном облучении это отношение равно 5 • 105) [41].

К экспериментальным недостаткам нейтронного облучения, как метода создания радиационной пористости для изучения закономерностей ее развития относятся малая скорость генерации точечных дефектов (порядка 10~6 с/а • с); невозможность дифференциально исследовать вклад многочисленных факторов, управляющих формированием пор в материалах (в частности, при нейтронном облучении материалов невозможно предотвратить генерацию гелия, и водорода и исследовать развитие чисто вакансионной пористости); сложность проведения облучения до высоких доз при контролируемых условиях облучения; значительная наведенная активность, исследуемых объектов при облучении флюенсом порядка 1022— 1023 н/см2.

3. Возможность дифференциального исследования вклада многочисленных факторов, управляющих формированием пор при нейтронном облучении.

К сожалению, непосредственно наблюдать зарождение пор в условиях нейтронного облучения материалов невозможно. В имитационных экспериментах, например при облучении в высоковольтном электронном микроскопе, можно следить за развитием пор с момента их проявления. Однако и в этом случае нельзя достоверно отделить зарождение пор от роста, поскольку к моменту фиксации (15—20 А) уже происходил некоторый рост пор. Работ по фиксации и идентификации пор меньшего размера при электронно-микроскопическом исследовании объектов очень мало [50]. Изменение структуры повреждения (каскады, пары Френкеля) приводит к тому, что зарождение пор в условиях электронного облучения начинается и прекращается при более низкой дозе, чем в условиях нейтронного облучения. В имитационных экспериментах не имитируются также продукты ядерных превращений и сопутствующие радиационному распуханию при нейтронном облучении длительные диффузионные процессы. Следовательно, наши знания о процессах зарождения и роста пор должны быть основаны на совокупности результатов имитационных и реакторных экспериментов. i

Экспериментально линейное увеличение распухания о дозой многократно наблюдалось при нейтронном облучении чистых металлов (магния, алюминия, никеля [67, 681), а также при ионном и электронном облучении сталей [69, 70]. Однако такой рост распухания — не единственный вариант экспериментально наблюдаемой дозной зависимости распухания металлов и сплавов. В большинстве случаев зависимость распухания металлов и сплавов от дозы может быть представлена в виде степенной функции: A V/V ~ (Ф( — Ф^п)"- Например, при нейтронном облучении тантала (Т > 580°С) [71 ], молибдена (430 < Т < 1380°С) [3, 62] и стали ОХ16Н15МЗБ в отожженном состоянии (Т = 525° С) [72] A V/V ~ ~ (Ф/)", а п соответственно равен: 0,3—0,4; 0,5 и 1,5. Для сталей значение показателя степени в дозной зависимости распухания зависит от состава и исходного состояния материала, сорта и энергии бомбардирующих частиц, температуры облучения и дозы. В частности, для стали 1.4988 показатель степени в дозной зависимости распухания при реакторном облучении линейно растет с температурой [99].

При нейтронном облучении металлов и сплавов наряду со смещением атомов из узлов решетки в результате ядерных превращений генерируется гелий и водород. В имитационных экспериментах с целью исследования влияния гелия на развитие радиационной пористости или более близкого воспроизводства условий реакторного облучения перед облучением или одновременно с ним вводится гелий.