Імітаційне моделювання штатних та аварійних радіаційних навантажень на ядерні матеріали із застосуванням електрофізичних установок

У роботі вивчені особливості застосування прискорювачів важких іонів та прискорювачів сильнострумових електронів для дослідження процесів, які відбуваються в цирконієвих сплавах при штатних та аварійних режи-мах роботи ядерного реактора. Опроміненням прискореними пучками іонів криптону моделювався в...

Full description

Saved in:

Bibliographic Details
Date:	2018
Main Authors:	Донець, С.Є., Литвиненко, В.В., Касаткін, Ю.О., Пономарьов, А.Г., Уваров, В.Т.
Format:	Article
Language:	Ukrainian
Published:	Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України 2018
Series:	Журнал физики и инженерии поверхности
Online Access:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/168185
Tags:	Add Tag No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:	Імітаційне моделювання штатних та аварійних радіаційних навантажень на ядерні матеріали із застосуванням електрофізичних установок / С.Є. Донець, В.В. Литвиненко, Ю.О. Касаткін, А.Г. Пономарьов, В.Т. Уваров // Журнал фізики та інженерії поверхні. — 2018. — Т. 3, № 1. — С. 12-18. — Бібліогр.: 13 назв. — укр.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-168185
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1681852025-02-23T18:12:32Z Імітаційне моделювання штатних та аварійних радіаційних навантажень на ядерні матеріали із застосуванням електрофізичних установок Имитационное моделирование штатных и аварийных радиационных нагрузок на ядерные материалы с применением электрофизических установок The imitation simulation of stuff and emergency loadings on nuclear materials by use the electrophysical equipments Донець, С.Є. Литвиненко, В.В. Касаткін, Ю.О. Пономарьов, А.Г. Уваров, В.Т. У роботі вивчені особливості застосування прискорювачів важких іонів та прискорювачів сильнострумових електронів для дослідження процесів, які відбуваються в цирконієвих сплавах при штатних та аварійних режи-мах роботи ядерного реактора. Опроміненням прискореними пучками іонів криптону моделювався вплив газо-подібних уламків ядерного палива в штатному режимі роботи. Опроміненням сильно струмовими пучками еле-ктронів моделювався вплив екстремальних чинників, які виникають в аварійних ситуаціях. В работе изучены особенности применения ускорителей тяжелых ионов и ускорителей сильноточных электронов для исследования процессов, которые происходят в циркониевых сплавах при штатных и аварийных режимах работы ядерного реактора. Облучением ускоренными пучками ионов криптона моделировалось влияние газоподобных осколков деления ядерного топлива в штатном режиме работы реактора. Облучением сильноточными пучками электронов моделировалось влияние экстремальных факторов, которые возникают в аварийных ситуациях. In this paper, we studied the features of the use of heavy ion accelerators and high-current electron accelerators to study the processes that occur in zirconium alloys under normal and emergency operating conditions of a nuclear reactor. Irradiation of accelerated beams of krypton ions simulated the effect of gas-like fission fragments of nuclear fuel in the regular operating mode of the reactor. By irradiating high-current electron beams, the influence of extreme factors that arise in emergency situations was modeled. 2018 Article Імітаційне моделювання штатних та аварійних радіаційних навантажень на ядерні матеріали із застосуванням електрофізичних установок / С.Є. Донець, В.В. Литвиненко, Ю.О. Касаткін, А.Г. Пономарьов, В.Т. Уваров // Журнал фізики та інженерії поверхні. — 2018. — Т. 3, № 1. — С. 12-18. — Бібліогр.: 13 назв. — укр. 2519-2485 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/168185 536.2, 538.9, 53.06 uk Журнал физики и инженерии поверхности application/pdf Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
description	У роботі вивчені особливості застосування прискорювачів важких іонів та прискорювачів сильнострумових електронів для дослідження процесів, які відбуваються в цирконієвих сплавах при штатних та аварійних режи-мах роботи ядерного реактора. Опроміненням прискореними пучками іонів криптону моделювався вплив газо-подібних уламків ядерного палива в штатному режимі роботи. Опроміненням сильно струмовими пучками еле-ктронів моделювався вплив екстремальних чинників, які виникають в аварійних ситуаціях.
format	Article
author	Донець, С.Є. Литвиненко, В.В. Касаткін, Ю.О. Пономарьов, А.Г. Уваров, В.Т.
spellingShingle	Донець, С.Є. Литвиненко, В.В. Касаткін, Ю.О. Пономарьов, А.Г. Уваров, В.Т. Імітаційне моделювання штатних та аварійних радіаційних навантажень на ядерні матеріали із застосуванням електрофізичних установок Журнал физики и инженерии поверхности
author_facet	Донець, С.Є. Литвиненко, В.В. Касаткін, Ю.О. Пономарьов, А.Г. Уваров, В.Т.
author_sort	Донець, С.Є.
title	Імітаційне моделювання штатних та аварійних радіаційних навантажень на ядерні матеріали із застосуванням електрофізичних установок
title_short	Імітаційне моделювання штатних та аварійних радіаційних навантажень на ядерні матеріали із застосуванням електрофізичних установок
title_full	Імітаційне моделювання штатних та аварійних радіаційних навантажень на ядерні матеріали із застосуванням електрофізичних установок
title_fullStr	Імітаційне моделювання штатних та аварійних радіаційних навантажень на ядерні матеріали із застосуванням електрофізичних установок
title_full_unstemmed	Імітаційне моделювання штатних та аварійних радіаційних навантажень на ядерні матеріали із застосуванням електрофізичних установок
title_sort	імітаційне моделювання штатних та аварійних радіаційних навантажень на ядерні матеріали із застосуванням електрофізичних установок
publisher	Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України
publishDate	2018
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/168185
citation_txt	Імітаційне моделювання штатних та аварійних радіаційних навантажень на ядерні матеріали із застосуванням електрофізичних установок / С.Є. Донець, В.В. Литвиненко, Ю.О. Касаткін, А.Г. Пономарьов, В.Т. Уваров // Журнал фізики та інженерії поверхні. — 2018. — Т. 3, № 1. — С. 12-18. — Бібліогр.: 13 назв. — укр.
series	Журнал физики и инженерии поверхности
work_keys_str_mv	AT donecʹsê ímítacíjnemodelûvannâštatnihtaavaríjnihradíacíjnihnavantaženʹnaâdernímateríaliízzastosuvannâmelektrofízičnihustanovok AT litvinenkovv ímítacíjnemodelûvannâštatnihtaavaríjnihradíacíjnihnavantaženʹnaâdernímateríaliízzastosuvannâmelektrofízičnihustanovok AT kasatkínûo ímítacíjnemodelûvannâštatnihtaavaríjnihradíacíjnihnavantaženʹnaâdernímateríaliízzastosuvannâmelektrofízičnihustanovok AT ponomarʹovag ímítacíjnemodelûvannâštatnihtaavaríjnihradíacíjnihnavantaženʹnaâdernímateríaliízzastosuvannâmelektrofízičnihustanovok AT uvarovvt ímítacíjnemodelûvannâštatnihtaavaríjnihradíacíjnihnavantaženʹnaâdernímateríaliízzastosuvannâmelektrofízičnihustanovok AT donecʹsê imitacionnoemodelirovanieštatnyhiavarijnyhradiacionnyhnagruzoknaâdernyematerialysprimeneniemélektrofizičeskihustanovok AT litvinenkovv imitacionnoemodelirovanieštatnyhiavarijnyhradiacionnyhnagruzoknaâdernyematerialysprimeneniemélektrofizičeskihustanovok AT kasatkínûo imitacionnoemodelirovanieštatnyhiavarijnyhradiacionnyhnagruzoknaâdernyematerialysprimeneniemélektrofizičeskihustanovok AT ponomarʹovag imitacionnoemodelirovanieštatnyhiavarijnyhradiacionnyhnagruzoknaâdernyematerialysprimeneniemélektrofizičeskihustanovok AT uvarovvt imitacionnoemodelirovanieštatnyhiavarijnyhradiacionnyhnagruzoknaâdernyematerialysprimeneniemélektrofizičeskihustanovok AT donecʹsê theimitationsimulationofstuffandemergencyloadingsonnuclearmaterialsbyusetheelectrophysicalequipments AT litvinenkovv theimitationsimulationofstuffandemergencyloadingsonnuclearmaterialsbyusetheelectrophysicalequipments AT kasatkínûo theimitationsimulationofstuffandemergencyloadingsonnuclearmaterialsbyusetheelectrophysicalequipments AT ponomarʹovag theimitationsimulationofstuffandemergencyloadingsonnuclearmaterialsbyusetheelectrophysicalequipments AT uvarovvt theimitationsimulationofstuffandemergencyloadingsonnuclearmaterialsbyusetheelectrophysicalequipments
first_indexed	2025-11-24T06:41:52Z
last_indexed	2025-11-24T06:41:52Z
_version_	1849652950243213312
fulltext	Journal of Surface Physics and Engineering, 2018, vol. 3, No. 1, pp. 12-18 © С. Є. Донець, В. В. Литвиненко, Ю. О. Касаткін та ін., 2018 12 УДК 536.2, 538.9, 53.06 ІМІТАЦІЙНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ШТАТНИХ ТА АВАРІЙНИХ РАДІАЦІЙНИХ НАВАНТАЖЕНЬ НА ЯДЕРНІ МАТЕРІАЛИ ІЗ ЗАСТОСУВАННЯМ ЕЛЕКТРОФІЗИЧНИХ УСТАНОВОК С. Є. Донець1, В. В. Литвиненко1, Ю. О. Касаткін1, А. Г. Пономарьов2, В. Т. Уваров2 1Інститут електрофізики і радіаційних технологій НАН України, вул. Гуданова, 13, 61024, Харків, Україна 2ННЦ «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України, вул. Академічна, 1, 61108, Харків, Україна E-mail: vvlytvynenko@ukr.net Надійшла до редакції 12.01.2018 У роботі вивчені особливості застосування прискорювачів важких іонів та прискорювачів сильнострумових електронів для дослідження процесів, які відбуваються в цирконієвих сплавах при штатних та аварійних режи- мах роботи ядерного реактора. Опроміненням прискореними пучками іонів криптону моделювався вплив газо- подібних уламків ядерного палива в штатному режимі роботи. Опроміненням сильно струмовими пучками еле- ктронів моделювався вплив екстремальних чинників, які виникають в аварійних ситуаціях. Ключові слова: прискорені пучки іонів криптону, сильнострумові електронні пучки, цирконієвий сплав, внут- рішня структура, механічні властивості. THE IMITATION SIMULATION OF STUFF AND EMERGENCY LOADINGS ON NUCLEAR MATERIALS BY USE THE ELECTROPHYSICAL EQUIPMENTS Stanislav Donets1, Volodymyr Lytvynenko1, Yuriy Kasatkin1, Аnatoliy Ponomarev2, Viktor Uvarov2 1Institute of Electrophysics & Radiation Technologies National Academy of Sciences of Ukraine, 13 Gudanova Str., 61024, Kharkiv, Ukraine 2NSC «Kharkiv Institute of Physics and Technology» National Academy of Sciences of Ukraine, 1 Academic Str., 61108, Kharkiv, Ukraine In this paper, we studied the features of the use of heavy ion accelerators and high-current electron accelerators to study the processes that occur in zirconium alloys under normal and emergency operating conditions of a nuclear reactor. Ir- radiation of accelerated beams of krypton ions simulated the effect of gas-like fission fragments of nuclear fuel in the regular operating mode of the reactor. By irradiating high-current electron beams, the influence of extreme factors that arise in emergency situations was modeled. Key words: accelerated beams of krypton ions, high-current electron beams zirconium alloy, internal structure, me- chanical properties. ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ШТАТНЫХ И АВАРИЙНЫХ РАДИАЦИОННЫХ НАГРУЗОК НА ЯДЕРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ С ПРИМЕНЕНИЕМ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ УСТАНОВОК С. Е. Донец1, В. В. Литвиненко1, Ю. А. Касаткин1, А. Г. Пономарев2, В. Т. Уваров2 1Институт электрофизики и радиационных технологий НАН Украины, ул. Гуданова, 13, 61024, Харьков, Украина 2ННЦ «Харьковский физико-технический институт» НАН Украины, ул. Академическая, 1, 61108, Харьков, Украина В работе изучены особенности применения ускорителей тяжелых ионов и ускорителей сильноточных электро- нов для исследования процессов, которые происходят в циркониевых сплавах при штатных и аварийных ре- жимах работы ядерного реактора. Облучением ускоренными пучками ионов криптона моделировалось влияние газоподобных осколков деления ядерного топлива в штатном режиме работы реактора. Облучением сильноточ- ЕЛЕКТРОФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ТА ПЕРСПЕКТИВИ ЗАСТОСУВАННЯ ТЕПЛОПРОВІДНИХ КОМПОЗИТІВ НА ОСНОВІ НАНО- ТА МІКРОПОРОШКІВ ЦИНК ОКСИДУ JSPE, 2018, vol. 3, No. 1 13 ными пучками электронов моделировалось влияние экстремальных факторов, которые возникают в аварийных ситуациях. Ключевые слова: ускоренные пучки ионов криптона, сильноточные электронные пучки, циркониевый сплав, внутренняя структура, механические свойства. ORCID IDs Stanislav Donets: https://orcid.org/0000-0002-1258-1434 Volodymyr Lytvynenko: https://orcid.org/0000-0003-4850-2555 Yuriy Kasatkin: https://orcid.org/0000-0003-3824-8354 Аnatoliy Ponomarev: https://orcid.org/0000-0001-6914-6057 Viktor Uvarov: https://orcid.org/0000-0002-3435-2077 ВСТУП На даний час суспільство впритул стикається з проблемою пошуку балансу між зростаю- чими потребами в енергії, впливом на до- вкілля домінуючих технологій генерації та необхідністю дотримуватися припустимих меж видатків на розвідку і видобуток сиро- вини а також заходів стосовно запобігання забруднення оточуючого середовища, а отже і безпеку життєдіяльності людини. Не зва- жаючи на стрімкий розвиток альтернативних джерел енергії, їх питома вага в балансі ви- робництва ще не скоро стане домінуючою, тоді як потреби людства венергоносіях по- стійно зростають, що також кореспондується з постулатами підвищення якості життя і безпеки життєдіяльності. Домінуючими спо- собами генерації електроенергії в світі та Україні є атомна і теплова енергетика. В Україні питома вага атомної енергетики складає понад 50 %. Теплова енергетика пе- ребуває в складному стані не тільки через застарілість енергетичного обладнання, але й проблему постачання проектного вугілля, поклади якого знаходяться на тимчасово не- контрольованих територіях. Основною екологічною проблемою атом- ної енергетики є утворення радіоактивного відпрацьованого ядерного палива. Серед стратегічних підходів, щодо її подолання протягом декількох десятиріч розглядається конструкція реактора, сполученого з приско- рювачем заряджених частинок, який би міг примусово ініціювати реакції поділу в радіо- нуклідах з високим періодом напіврозпаду, доводячи їх до утворення стабільних елемен- тів [1]. В той же час непередбачуваність процесів у світовому океані призвела і до наймасштабнішої аварії на атомній електро- станції (АЕС) Фукусіма – 1. [2]. Ця трагічна подія дала підставу для висновку, що аварій- ні ситуації виникають внаслідок нехтування чинниками, які є малоймовірними або ймо- вірність яких співвимірна з флуктуаційним фоном. До речі про доцільність перегляду ймовірнісного підходу до безпеки АЕС до- кладно йдеться в роботі [3]. Сценарій розви- тку аварії полягав в тому, що поштовх магні- тудою в 9 балів на відстані близько 150 км від станції, був зареєстрований сейсмодатчи- ками, що передбачало вимкнення системи аварійного захисту і зупинку реакторів з пе- реходом системи охолодження активної зони на живлення від дизель генераторів. Але цу- намі висотою в 14-15 метрів затопило прибе- режні дизельні станції, оскільки захисна да- мба проектувалась на висоту цунамі близько 6 метрів. Відсутність охолодження ініціює перебіг паро цирконієвої реакції [4.], яка спричиняє підвищення температури руйнування стінок тепловидільних елементів, та виділення вод- ню з подальшим його вибухом. Таким чином розробка ядерно-енергетичних установок майбутнього з більш високим рівнем надій- ності та безпечності передбачає їх випробу- вання до стійкості в умовах впливу як екст- ремальних чинників, так і штатних наванта- жень. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧІ Для відтворення експлуатаційних наванта- жень на матеріали активної зони ядерних установок, зокрема цирконієвих сплавів, з яких виготовляються стінки тепловидільних елементів, необхідно розробити низку мето- дик, які б моделювали вплив радіаційно- термічних факторів. Одним з ефективних ін- струментів, які використовуються при реалі- зації згаданих методик є прискорювачі заря- джених частинок. Разом з тим, оскільки про- С. Є. ДОНЕЦЬ, В. В. ЛИТВИНЕНКО, Ю. О. КАСАТКІН, А. Г. ПОНОМАРЬОВ, В. Т. УВАРОВ JSPE, 2018, vol. 3, No. 1 14 дукти поділу ядерного палива являють со- бою широких спектр іонізуючих частинок, припустимим є виокремлене вивчення особ- ливостей впливу тих або інших чатинок. Так, відомо, що близько 16 % продуктів поділу ядерного палива припадає на газоподібні продукти іонів криптону та ксенону [5 – 7]. Ці осколки ділення мають дві характерні особливості – надзвичайну малу розчинність і переважно газоподібний стан. Перше гово- рить про те, що ці гази виділяються з палива завжди, коли це кінетично можливо, а друге – гази, які виділилися будуть намагатися чи повністю виділятися з паливної матриці і на- копичуватися у вільному об’ємі твелу, чи утворювати газові бульбашки всередині па- лива. Для них властиві невеликі глибини за- нурення в оболонку твела, але і відповідно наявність зони зосередженого пошкодження внутрішньої структури. Іншою проблемою є розуміння процесів, які відбуваються в умовах аварійних режи- мів опромінення, для яких характерні високі значення густини потоку енергії іонізуючих частинок. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕННЯ ЕКСПЕРИМЕНТУ Для відтворення впливу газоподібних улам- ків поділу ядерного палива, зокрема, крип- тону на цирконієвий сплав Zr1%Nb нами ви- користовувався циклотрон ІЦ-100 Міжнаро- дної міжурядової організації Об’єднаний ін- ститут ядерних досліджень. Зразки опромі- нювались до значень флюенсів 1013 та 1014 іон см-2 . Для вивчення механічних характеристик поверхні використовувався метод наноінден- тування за допомогою пристрою Nano Indenter G200 (ННЦ ХФТІ), з використанням алмазної кристалічної пірамідки Берковича з радіусом затуплення при вершині близько 20 нм, середнє навантаження 10 мН, глибина проникнення індентора від нульового відліку до глибини 200 нм. Точність вимірювання глибини сліду ±0,04 нм, а навантаження на індентор ±75 нН. Відбитка наносилися на відстані 15 мкм один від одного, на кожному зразку проводили по чотири вимірювання. Прецезійна точність навантаження і вимірю- вання зміщень забезпечувалась електромаг- нітним приводом зонду та ємнісними датчи- ками зміщень. Обробку отриманих експери- ментальних даних проводили шляхом аналі- зу кривої навантаження за методом Олівера і Фарра [8]. Растрова електронна мікроскопія виконувалась на приладі JEOL JSM – 840, металографічні дослідження на мікроскопі МІМ-10. Моделювання поведінки цирконієвого сплаву під впливом екстремальних режимів опромінення було проведено шляхом опро- мінення зразку сплаву Zr1%Nb сильностру- мовим електронним пучком на прискорювачі ТЕМП-А (ННЦ «Харківський фізико- технічниий інститут» НАН України). ОБГОВОРЕННЯ РЕЗУЛЬТАТІВ ДОСЛІДЖЕНЬ В результаті впливу на матеріал пучка заря- джених частинок при збереження сталої те- мператури ( для випадку лопромінення пуч- ком іонів криптону температура становили 300 К) в шарі поверхні товщиною порядком довжини пробігу частинок відбувається лан- цюжок процесів – утворення вакансії та між- вузловин. Які еволюціонуючи в подальшому здатні ініціювати низку перетворень на рівні зеренного масштабу та масштабу кристалу. - змінюється мікроструктура – розмір зе- рен зменшується, з можливим переходом в аморфний стан; - змінюється фазовий склад, при цьому можлива поява метастабільних фаз та з’єднань, які при звичайних методах термо- обробки матеріалів утворюватися не можуть; - гомогенізується фазовий склад. Опромінення пучками іонів до значень флюенсу 1014 см-2 зумовлена тим, що це є для багатьох легких сплавів межею насичен- ня приросту мікротвердості [7], після чого йде утворення дислокаційних петель та. На рис. 1. (ліва вісь) показані залежності нанотвердості поверхні цирконієвого сплаву Zr1%Nb вихідного та після опромінення, по- будовані за результатами наноіндентування при послідовному заглибленні індентора в поверхню зразків. З результатів вимірювання (див. рис. 1), видно, що після опромінення іонами з біль- ІМІТАЦІЙНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ШТАТНИХ ТА АВАРІЙНИХ РАДІАЦІЙНИХ НАВАНТАЖЕНЬ НА ЯДЕРНІ МАТЕРІАЛИ З ЗАСТОСУВАННЯМ ЕЛЕКТРОФІЗИЧНИХ УСТАНОВОК 15 JSPE, 2018, vol. 3, No. 1 шим флюенсом на поверхні сформувався на- ношар з підвищеною твердістю. Максималь- на нанотвердість зразку сплаву Zr1%Nb до- сягає 4,8 ГПа порівняно з 3,6 ГПа для вихід- ного зразку. Хоча, величина нанотвердості монотонно зменшується до 4,2 на глибині 200 нм. Для зразку цього ж сплаву при інших умовах опромінення (рис.1 крива 2)) виникає зворотна ситуація - на глибині 50 нм, де в попередньому випадку відбувалося збіль- шення твердості, спостерігається зменшення нанотвердості з 3,5 ГПа до 2,4 ГПа, порівня- но з неопроміненим матеріалом, та монотон- но збільшується і досягає величин як у вихі- дного зразку на глибині 200 нм. Як вважають автори [9], таке зменшення можна пояснити зняттям наклепу з поверхні зразку, який був отриманий під час прокатки. Також визначили, що максимальне зна- чення модуля Юнга для зразку обробленого іонами з флюенсом 1014 см-2 складає 125 ГПа порівняно з 100 ГПа для вихідного сплаву на глибині 50 нм, а для зразку опроміненого іо- нами з флюенсом 1013 см-2 спостерігається зменшення модуля пружності до 92 ГПа на тій же глибині. Варто зауважити, що величи- на модуля пружності для першого зразку монотонно прямує до 120 ГПа, а для другого - до 110 ГПа (як для вихідного) на глибині 200 нм. Таким чином, виявилося, що при відпові- дних параметрах опромінювання можна отримати загартування поверхні. Важливим результатом, отриманого за допомогою ме- тоду наноіндентування, є те, що при обробці високоенергетичним пучком Kr з флюенсом 1014 см-2 відбувається зміцнення приповерх- невого шару цирконієвого сплаву Zr1%Nb. Відтворення умов аварійних випроміню- вальних навантажень потребує застосування відповідних джерел іонізуючого випроміню- вання. Прискорювач ННЦ «Харківський фі- зико-технічний інститут» ТЕМП-А був ство- рений в рамках програми з реалізації керова- ного термоядерного синтезу. Його вплив су- проводжується миттєвим підвищенням тем- ператури мішені. Опромінення сплаву сильнострумовим електронним пучком середньою потужністю ~108 Вт/см2 при цьому зважаючи на нерівно- мірність густини пучка по перетину значен- ня потужності варіювалось в межах 106 - 108 Вт/см2. Це зумовило різну інтенсивність впливу на мішень. Рис. 1. Значення поверхневої нанотвердості в залеж- ності від глибини поверхні зразка (ліва вісь крива 1 – вихідний зразок, крива 2 – флюенс 1013 іон/см2, крива 3 флюенс 1014 іон/см2) та модуля пружності (права вісь, крива 4 – вихідний зразок, крива 5 – флюенс 1013 іон/см2, крива 6 флюенс 1014 іон/см2) [10] Фактор величини потужності дози відо- бражається не тільки на розподілі темпера- турного поля, але й на формуванні поля уда- рно акустичної дії. Так, згідно [11], ударні хвилі виникають за умови дотримання нері- вності S RCI L τρ 0 4 ≤ , (1) де I – інтенсивність пучка, CL – повздовжня швидкість звуку в матеріалі мішені, ρ – гус- тина, R0 – пробіг електронів в мішені, S – площа опромінюваної поверхні, τ – трива- лість імпульсу. З опроміненої мішені були виготовлені зразки з ділянок, що опромінювалися різни- ми значеннями інтенсивності. Злам відбувся перпендикулярно напрямку прикладеного навантаження. Одержані нами фрактограми зламів опроміненої мішені цирконієвого сплаву показують відмінність структурного стану ділянок, що опромінювалися з різною інтенсивністю. Так для зони з найвищою ін- тенсивністю рис. 2а характерне відшаруван- ня зони, що була переплавлена пучком. Ене- ргія пучка була витрачена на абляційний ви- кид верхнього шару розплавленої речовини. С. Є. ДОНЕЦЬ, В. В. ЛИТВИНЕНКО, Ю. О. КАСАТКІН, А. Г. ПОНОМАРЬОВ, В. Т. УВАРОВ JSPE, 2018, vol. 3, No. 1 16 Для зони з помірнішим переплавом рис. 2б властиве утворення шаруватої структури в області, що лежить під зоною пучкового переплаву. До того ж в проміжній перехідній області спостерігаються пори та виділення в місцях присутності ротаційних мод, які ви- никають, як наслідок ділянок з підвищеною кривизною границь зерен [12]. Також відомо [13], що обробка металів сильнострумовим релятивістським електронним пучком спри- чиняє утворення просторово складної повер- хні поділу зерен. а) б) в) г) Рис. 2. Фрактограми зламів мішені зі сплаву Zr1%Nb, опроміненої СРЕП (від а до г інтенсивність опромі- нювання послідовно зменшується від 106 до 108 Вт/см2) З рис. 2в та рис. 2г випливає, що подаль- ше зменшення інтенсивності опромінення призводить до появи плавного переходу між опроміненою та неопроміненими областями а характер їх зламу стає в’язкішим. Становить інтерес аналіз металографічних зображень шліфу мішені в області максима- льної густини пучка. Якщо зазвичай на шліфі мішені відслідковується зона переплаву, пе- рехідна зона, яка формується в полі високої температури та механічних напружень та зо- на з початковою структурою, то для цирко- нієвого сплаву, опроміненого з найбільшою інтенсивністю ми спостерігаємо більшу кі- лькість відмінних між собою модифікованих пучком областей. Так на рис. 3а спостерігаємо чотири шари з відмінною будовою, при цьому слід зважа- ти, що інтефейсні шари між ними також яв- ляють собою окремі утворення. а) б) в) г) Рис. 3. Металографічні шліфи (збільшення х200) ді- лянок мішені зі сплаву Zr1%Nb, опроміненої СРЕП (від а до г інтенсивність опромінювання послідовно зменшується від 106 до 108 Вт/см2 ) Зі зниженням інтенсивності рис. 3б – 3г, спостерігається зниження шорсткості повер- хні та зменшення товщини переплавленого шару, відповідно з цим у меншій мірі моди- фікується і підповерхневий шар. ВИСНОВКИ У роботі реалізований підхід на основі іміта- ційного моделювання впливу на сплав Zr1%Nb газоподібних уламків поділу, яке полягало в його опроміненні пучком іонів 86Kr+15 з енергією 107 МеВ. Досліджено фі- зико-механічні властивості приповерхневого шару сплаву, в межах якого частинки втра- чали свою енергію та утворювали дефекти. Механічні властивості було визначено мето- дом наноіндентування. Встановлено гранич- не значення флюенсу, яке призводить до змінювання механічних характеристик унас- лідок генерації дефектів. З огляду на необхідність прогнозування аварійних ситуацій на об’єктах атомної енер- гетики, є важливим вивчення стійкості мате- ріалів під впливом екстремальних чинників. Сильнострумовий пучок електронів дозволяє відтворити низку чинників, що виникають при аварійних ситуаціях – потоки іонізуючо- го випромінювання, високі температури, ударно-хвильовий вплив. ІМІТАЦІЙНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ШТАТНИХ ТА АВАРІЙНИХ РАДІАЦІЙНИХ НАВАНТАЖЕНЬ НА ЯДЕРНІ МАТЕРІАЛИ З ЗАСТОСУВАННЯМ ЕЛЕКТРОФІЗИЧНИХ УСТАНОВОК 17 JSPE, 2018, vol. 3, No. 1 Застосування сильнострумових релятиві- стських електронних пучків при певній кри- тичній потужності дозволяє одержувати ба- гатошарову поверхневу модифіковану струк- туру, властивості якої потребують подаль- шого дослідження, оскільки вони можуть мати вищу стійкість до високотемпературно- го окислення. ЛІТЕРАТУРА 1. Риволь Ж.-П. Электроядерная установка для уничтожения радиоактивных отходов // УФН. – 2003. – Т. 173. – № 3. – С. 747-755. 2. https://www.iaea.org/newscenter/news/ fukushima-nuclear-accident-update-log-15 3. Маслов В. П. Фазовые переходы нулевого ро- да и квантование закона Ципфа // ТМФ. – 2007. – Т. 150. – № 1. – С. 118-142. 4. Neeb K.-H. The radiochemistry of nuclear power plants with light water reactors. – Berlin, New York: Walter de Gruyter, 1997. – 733 p. 5. Годин Ю. Г., Тенишев А. В., Новиков В. В. Том 6, часть 2. Ядерные топливные материа- лы // Физическое материаловедение: Учебник для вузов / Под общей ред. Б.А. Калина. – М.: МИФИ, 2008. – 604 с. 6. Шмаков А. А. Водородное охрупчивание и гидридное разрушение циркониевых изделий водоохлаждаемых ЯЭУ. – http://www.dissercat.com/, вільний. 7. Дидык А. Ю., Регель В. Р., Скуратов В. А., Михайлова Н. Ю. Радиационное упрочнение металлов, облученных тяжелыми ионами // ЖТФ. – 1989. – Т. 59, в. 5. – С. 107-111. 8. Oliver W. C., Pharr G. M. An improved technique for determining hardness and elastic modulus using load and displacement sensing indentation experiments // J. Mater. Res. – 1992. – No. 7. – P. 1564-1583. 9. Довбня А. Н., Лавриненко С. Д., Закутин В. В., Аксёнова А. Н. Модификация поверхности циркония и сплава Zr1%Nb электронным пуч- ком ускорителя на основе магнетронной пуш- ки // ВАНТ, №2. – 2011. – с. 39-45. 10. Klepikov V. F., Lonin Yu. F., Lytvynenko V. V., Ponomarev A. G., Startsev O. S., Uvarov V. T. / Behavior of Zr1%Nb Alloy Under Swift Kr Ion and Intense Electron Irradiation // Journal of Nano- and Electronic Physics. 2015. – Vol. 7. – No. 4. – P. 040166(7pp). 11. Бойко В. И., Валяев А. Н., Погребняк А. Д.. Модификация металлических материалов им- пульсными мощными пучками частиц // УФН. – 1999. – Т. 169, № 11. – С. 1243-1271. 12. Панин В. Е., Егорушкин В. Е. Солитоны кривизны как обобщенные волновые носители пластической деформации и разрушения // Физ. мезомех. – 2013. – Т. 16. – № 3. – С. 7-26. 13. Klepikov V. F., Lonin Yu. F., Ponomarev A. G. et. al. Fractality of Fractures of Aluminum and Titanium Alloys Irradiated by Intensive Electron Beam // Journal of Nano- and Electronic Physics. – 2016. – Vol. 8. – No. 3, 03009 (5pp). REFERENCES 1. Rivol Zh.-P. Elektroyadernaya ustanovka dlya unichtozheniya radioaktivnykh otkhodov // UFN. – 2003. – T. 173. – № 3. – S. 747-755. 2. https://www.iaea.org/newscenter/news/ fukushima-nuclear-accident-update-log-15 3. Maslov V. P. Fazovyye perekhody nulevogo roda i kvantovaniye zakona Tsipfa // TMF. – 2007. – T. 150. – № 1. – S. 118-142. 4. Neeb K.-H. The radiochemistry of nuclear power plants with light water reactors. – Berlin, New York: Walter de Gruyter, 1997. – 733 p. 5. Godin Yu. G., Tenishev A. V., Novikov V. V. Tom 6. chast 2. Yadernyye toplivnyye materia-ly // Fizicheskoye materialovedeniye: Ucheb-nik dlya vuzov / Pod obshchey red. B.A. Kalina. – M.: MIFI. 2008. – 604 s. 6. Shmakov A. A. Vodorodnoye okhrupchivaniye i gidridnoye razrusheniye tsirkoniyevykh izdeliy vodookhlazhdayemykh YaEU. – http://www.dissercat.com/. vіlniy. 7. Didyk A. Yu., Regel V. R., Skuratov V. A., Mikhaylova N. Yu. Radiatsionnoye uprochneniye metallov. obluchennykh tyazhelymi ionami // ZhTF. – 1989. – T. 59. v. 5. – S. 107-111. 8. Oliver W. C., Pharr G. M. An improved technique for determining hardness and elastic modulus using load and displacement sensing indentation experiments // J. Mater. Res. – 1992. – No. 7. – P. 1564-1583. 9. Dovbnya A. N., Lavrinenko S. D., Zakutin V. V., Aksenova A. N. Modifikatsiya poverkhnos-ti tsirkoniya i splava Zr1%Nb elektronnym puch- kom uskoritelya na osnove magnetronnoy pushki // VANT. №2. – 2011. – s. 39-45. 10. Klepikov V. F., Lonin Yu. F., Lytvynenko V. V., Ponomarev A. G., Startsev O. S., Uvarov V. T. / Behavior of Zr1%Nb Alloy Under Swift Kr Ion and Intense Electron Irradiation // Journal of Nano- and Electronic Physics. 2015. – Vol. 7. – No. 4. – P. 040166(7pp). 11. Boyko V. I., Valyayev A. N., Pogrebnyak A. D. Modifikatsiya metallicheskikh materialov im- С. Є. ДОНЕЦЬ, В. В. ЛИТВИНЕНКО, Ю. О. КАСАТКІН, А. Г. ПОНОМАРЬОВ, В. Т. УВАРОВ JSPE, 2018, vol. 3, No. 1 18 pulsnymi moshchnymi puchkami chastits // UFN. – 1999. – T. 169. № 11. – S. 1243-1271. 12. Panin V. E., Egorushkin V. E. Solitony krivizny kak obobshchennyye volnovyye nositeli plas- ticheskoy deformatsii i razrusheniya // Fiz. me- zomekh. – 2013. – T. 16. – № 3. – S. 7-26. 13. Klepikov V. F., Lonin Yu. F., Ponomarev A. G. et. al. Fractality of Fractures of Aluminum and Titanium Alloys Irradiated by Intensive Electron Beam // Journal of Nano- and Electronic Physics. – 2016. – Vol. 8. – No. 3, 03009 (5pp).

Імітаційне моделювання штатних та аварійних радіаційних навантажень на ядерні матеріали із застосуванням електрофізичних установок

Institution

Similar Items