Письмо ректору


Новости университета



31.05.2016

В МИФИ разработан новый метод определения температуры и облучения внутри реактора

Систематический контроль высокотемпературного и высокодозного облучения материалов в активных зонах ядерных реакторов является одной из важнейших и актуальных задач экспериментального радиационного материаловедения. Проведение мониторинга особенно необходимо для энергетических реакторов, поскольку конструкционные материалы таких объектов должны выдерживать высокие дозы (более 1023 нейтрон/см2) и высокие температуры (до 1500 К).

Обычно локальные условия внутриреакторного облучения материалов (температура, доза) определяются расчетными или пассивными методами с использованием различных мониторов облучения – конструкций, изготовленных из специальных материалов. Наиболее простыми мониторами температуры являются плавкие мониторы. Это различные сплавы с известными температурами плавления. Их недостатком служит невозможность определения температуры облучения в случае кратковременных температурных «выбросов», превышающих температуры плавления.

Ко второму типу мониторов относятся материалы, радиационные изменения свойств которых, в том числе изотопных составов, надежно измеряемы. Исследования радиационных изменений структуры таких материалов и связанных с ними физических свойств позволяют получать характеристики условий (доза, температура) облучения. Метод определения условий внутриреакторного облучения заключается в исследованиях радиационно-наведенных изменений структуры (радиационные дефекты разных типов) и свойств материалов, зависящих от условий облучения. При длительном радиационном воздействии в материале накапливаются лишь те повреждения, которые отжигаются при температурах, превышающих температуру облучения. По изменению зависимости некоторой физической характеристики материала от температуры пострадиационного отжига можно определить температуру облучения этого материала. В тех случаях, когда температура непрерывно меняется в процессе облучения, применение данного метода является недостаточным, поскольку характер изменения физической характеристики отражает лишь заключительный температурный режим облучения. Однако, применительно к энергетическим ядерным реакторам (например, быстрый реактор БН-600), когда облучение материалов происходит в стационарных температурных условиях, метод может быть весьма эффективным, особенно в сочетании с плавкими мониторами и расчетными методами. До сих пор для таких целей использовали металлы (измерение электросопротивления) и даже алмазные порошки (структурные исследования). Слабой стороной данного метода является то, что дозовый и температурный диапазон использования таких мониторов весьма небольшой.

Опираясь на опыт эксплуатации ядерных реакторов и проведя ряд научных исследований, специалисты кафедры №60 «Физика экстремальных состояний вещества» НИЯУ МИФИ совместно со своими коллегами из обнинского филиала и АО «ВНИИНМ» предложили в качестве новых мониторов температуры внутриреакторного облучения использовать высокотемпературные диэлектрические материалы, которые обладают необходимым широким температурным интервалом с хорошо измеряемыми радиационными изменениями структуры и физических свойств. В таких материалах (соединения типа Al2O3, MgO, MgAl2O4, BN, Si3N4, SiC, с температурами плавления от 2000 К (нитрид кремния) до 3000 K (нитрид бора)), как правило, химические температурный интервал отжига радиационных структурных повреждений оказывается значительно шире по сравнению, например, с металлами, и может простираться вплоть до температур плавления материалов мониторов. Это связано с тем, что радиационное облучение в них приводит не только к появлению различных кристаллических дефектов, как в металлах, но и к образованию локальных областей нестехиометрии и включений фаз с измененной кристаллической структурой. Важным обстоятельством является также то, что свойства облученных диэлектрических мониторов можно в дальнейшем анализировать при отжиге по широкому набору измерений структурно-чувствительных физических характеристик.

В результате проведенных исследований, на примере мониторов из материалов на основе Al2O3 и BN, показана возможность использования керамических мониторов для определения температуры облучения в ядерных реакторах в диапазоне температур от 400 К до 1900 K. Температурные условия облучения определяются с помощью измерений интенсивности оптического поглощения или смещений линий в рентгеновских спектрах облученных материалов от температуры последующего пострадиационного отжига.

В настоящее время предложенный метод нашел свое успешное применение для определения условий внутриреакторного облучения материалов в материаловедческих сборках в энергетическом быстром реакторе БН-600. Измерения подтвердили возможность и надежность определения температуры облучения с помощью керамических мониторов.

«В дальнейшем мы планируем дополнительно верифицировать метод определения нейтронных доз облучения материалов с помощью измерений изменений концентрации (выгорания) изотопа B-10 в мониторах температуры на основе BN, по сути, придав им дополнительную функцию мониторов дозы», – поделился планами кафедры физики экстремальных состояний вещества д.ф.-м.н., профессор В.М. Чернов.


Количество показов: 827

Возврат к списку


Добавить комментарий