Влияние изменение температуры в начале и конце облучения в научно-исследовательском реакторе на нейтронную хрупкость $\alpha$-железа

А. Р. Гохман, М. С. Кондря, О. Х. Тадеуш

Южноукраинский национальный педагогический университет имени К. Д. Ушинского, ул. Старопортофранковская, 26, 65020 Одесса, Украина

Получена: 29.01.2019; окончательный вариант - 18.04.2019. Скачать: PDF

Метод кластерной динамики (cluster dynamics, CD) используется для моделирования влияния изменения температуры корпуса реактора высокого внутреннего давления на временную эволюцию кластеров точечных дефектов и обусловленное облучением нейтронное охрупчивание $\alpha$-железа в атомном реакторе БР-2 (Мол, Бельгия). Для двух температурных режимов были найдены времена облучения, которые обеспечивали качественное изменение среднего размера и численной плотности кластеров междоузлий (self-interstitial atom clusters, SIAC) и вакансионных кластеров (vacancy clusters, VC). Для первого режима была выбрана температура 573 К в течение всего времени облучения. Температура возрастала от комнатной (288 К) до 573 К в начале работы реактора (381 час), затем не менялась в течение приблизительно 14 дней и, наконец, уменьшалась до 373 К для второго температурного режима. Условия нейтронного облучения предполагались одними и теми же для обоих температурных режимов, а именно, предполагались заданными нейтронный поток, приводящий к образованию около 1,39$\cdot10^{-7}$ вакансий/(атом$\cdot$с) (E > 1 МэВ), и время облучения, равное 15 суткам. Мастер уравнение CD записывалось в виде жёсткой системы дифференциальных уравнений. Для того чтобы избежать проблемы неустойчивости решения необходимо использовать специальный численный метод. С этой целью использовался соответствующий код для интегрирования мастер уравнения под названием Linear Solver of Ordinary Differential Equations (LSODE), созданный в 1984 году в лаборатории Ливермор (США). Экспериментальные данные электронной просвечивающей микроскопии и позитронной аннигиляционной спектроскопии использовались для калибровки модели CD. Значения доз облучения, которые обеспечивали переход от нуклеационной стадии к стадии детерминисткого роста для кластеров междоузельных атомов и вакансионных кластеров, найдены как в приближении постоянной температуры, так и для реального изменения температуры корпуса высокого внутреннего давления атомного реактора БР-2. Проведена оценка вызванного облучением повышения предела текучести для обоих рассмотренных температурных режимов на основе значений среднего размера и численной плотности SIAC и VC.

Ключевые слова: кластерная динамика, изменение температуры, нейтронная хрупкость, $\alpha$-железо.

URL: http://mfint.imp.kiev.ua/ru/abstract/v41/i06/0717.html

PACS: 07.05.Tp, 61.72.Cc, 61.72.Ji, 61.80.Az, 61.80.Hg, 61.82.Bg


ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
  1. A. Ulbricht, E. Altstadt, F. Bergner, H. Viehrig, and U. Keyderling, J. Nucl. Mater., 416: 111 (2011). Crossref
  2. H. Viehrig, E. Altstadt, and M. Houska, IAEA Technical Meeting on ‘Degradation of Primary System Components of Water Cooled Nuclear Power Plants: Current Issues and Future Challenges’ (November 5–8, 2013, Vienna).
  3. G. Was, Fundamentals of Radiation Materials Science: Metals and Alloys (Springer: 2007). Crossref
  4. C. Heintze, F. Bergner, S. Akhmadaliev, and E. Altstadt, J. Nucl. Mater., 472: 196 (2016). Crossref
  5. А. Гриценко, В. Демехин, В. Илькович, В. Буканов, Е. Васильева, Ядерна та радіаційна безпека, 50: 29 (2011).
  6. В. Ількович, В. Демьохін, В. Буканов, XIX Щорічна наукова конференція Інституту ядерних досліджень НАН України (24–27 січня 2012, Київ) (Київ: Ін-т ядерних досліджень НАН України: 2012), с. 87.
  7. G. Odette, T. Yamamoto, and D. Klingensmith, Philos. Mag., 85: 779 (2005). Crossref
  8. S. Shu, N. Almirall, P. Wells, T. Yamamoto, G. Odette, and D. Morgan, Acta Mater., 157: 72 (2018). Crossref
  9. E. Meslin, M. Lambrecht, M. Hernandez-Mayoral, and F. Bergner, J. Nucl. Mater., 406: 73 (2010). Crossref
  10. C. Becquart, A. Souidi, C. Domain, M. Hou, L. Malerba, and R. Stoller, J. Nucl. Mater., 351: 196 (2006). Crossref
  11. N. Castin, M. Pascuet, and L. Malerba, J. Nucl. Mater., 429: 315 (2012). Crossref
  12. E. Meslin, A. Barbu, L. Boulanger, B. Radiguet, P. Pareige, K. Arakawa, and C. Fu, J. Nucl. Mater., 382: 190 (2008). Crossref
  13. A. Wagner, F. Bergner, R. Chaouadi, H. Hein, M. Hernandez-Mayoural, M. Serrano, A. Ulbricht, and E. Altstadt, Acta Mater., 104: 131 (2016). Crossref
  14. M. Kondria and A. Gokhman, Radiation Effects and Defects in Solids: Incorporating Plasma Science and Plasma Technology, 174, Iss. 1–2 (2019). Crossref
  15. F. Bergner, A. Almazouzi, M. Hernandez-Mayoural, M. Lambrecht, and A. Ulbricht, Workshop Proceedings of Structural Materials for Innovative Nuclear Systems (SMINS) (Karlsruhe, Germany, June 4–6, 2007) (Nuclear Energy Agency: 2008), p. 283.
  16. R. Becker and W. Doering, Ann. Phys. Lpz., 24: 719 (1935). Crossref
  17. J. Lepinoux, Acta Mater., 57: 1086 (2009). Crossref
  18. J. Lepinoux, Philos. Mag., 90: 3261 (2010). Crossref
  19. A. Gokhman and J. Boehmert, Radiation Effects and Defects in Solids, 158: 499 (2003). Crossref
  20. A. Gokhman, J. Boehmert, and A. Ulbricht, Radiation Effects and Defects in Solids, 158: 383 (2003). Crossref
  21. K. Nordlund, S. Zinkle, A. Sand et al., Nature Communications, March (2018).
  22. А. Амосов, Н. В. Копченова, Ю. А. Дубинский, Вычислительные методы для инженеров (Москва: Высшая школа: 1994).
  23. LSODA is Part of the ODEPACK Provided by Alan C. Hindmarsh 1984 on the CASC Server of the Lawrence Livermore National Laboratory (Livermore, CA 94551, USA).
  24. A. Gokhman and F. Bergner, Radiation Effects and Defects in Solids: Incorporating Plasma Science and Plasma Technology, 165: 216 (2010). Crossref
  25. В. Скалозубов, Т. Габлая, И. Козлов, Е. Лещетная, Атомная энергетика, 15: 43 (2014).
  26. Е. Лифшиц, Л. Питаевский, Физическая кинетика (Москва: Наука: 1979).
  27. F. Christien and A. Barbu, J. Nucl. Mater., 324: 90 (2004). Crossref
  28. F. Bergner, F. Gillemot, M. Hernández-Mayora, M. Serrano, G. Török, A. Ulbricht, and E. Altstadt, J. Nucl. Mater., 461: 37 (2015). Crossref
  29. X. Hu, X. Donghua, B. Sang, and B. Wirth, Modelling and Simulation in Mater. Sci. Eng., 22: 065002 (2014). Crossref
  30. A. Zeman, L. Debarberis, L. Kupca, B. Acosta, M. Kutka, and J. Degmova, J. Nucl. Mater., 360: 272 (2007). Crossref