Материаловедческие исследования органа регулирования из гафния реактора РБТ-6
Представлены результаты послереакторных материаловедческих исследований полномасштабного органа регулирования из гафния, отработавшего 9 лет в реакторе РБТ-6. На основании результатов исследований дано обоснование радиационной и коррозионной стойкости пластин из гафния при использовании его в качест...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Вопросы атомной науки и техники |
|---|---|
| Дата: | 2006 |
| Автори: | , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
2006
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/80222 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Материаловедческие исследования органа регулирования из гафния реактора РБТ-6 / Е.Е. Варлашова, С.Р. Фридман, А.В. Захаров,
 В.Д. Рисованый, В.В. Пименов // Вопросы атомной науки и техники. — 2006. — № 4. — С. 84-89. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860071238269927424 |
|---|---|
| author | Варлашова, Е.Е. Фридман, С.Р. Захаров, А.В. Рисованый, В.Д. Пименов, В.В. |
| author_facet | Варлашова, Е.Е. Фридман, С.Р. Захаров, А.В. Рисованый, В.Д. Пименов, В.В. |
| citation_txt | Материаловедческие исследования органа регулирования из гафния реактора РБТ-6 / Е.Е. Варлашова, С.Р. Фридман, А.В. Захаров,
 В.Д. Рисованый, В.В. Пименов // Вопросы атомной науки и техники. — 2006. — № 4. — С. 84-89. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Вопросы атомной науки и техники |
| description | Представлены результаты послереакторных материаловедческих исследований полномасштабного органа регулирования из гафния, отработавшего 9 лет в реакторе РБТ-6. На основании результатов исследований дано обоснование радиационной и коррозионной стойкости пластин из гафния при использовании его в качестве органов регулирования атомных реакторов.
Представлено результати післяреакторних матеріалознавських досліджень повномасштабного органа регулювання з гафнію, що
відробив 9 років у реакторі РБТ-6. На підставі результатів досліджень дане обґрунтування радіаційної й корозійної стійкості пластин з
гафнію при використанні його як органи регулювання атомних реакторів.
The paper presents results of post-reactor material science investigationsof the full?scale hafnium control rod worked off within 9 years in
the RBT-6reactor. According to the investigations results substantiation of radiationand corrosion resistance of hafnium plates at use of hafnium
as control rodsof nuclear reactors has been performed.
|
| first_indexed | 2025-12-07T17:10:33Z |
| format | Article |
| fulltext |
РАЗДЕЛ ВТОРОЙ
МАТЕРИАЛЫ РЕАКТОРОВ НА ТЕПЛОВЫХ НЕЙТРОНАХ
УДК 621.039.53
МАТЕРИАЛОВЕДЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ОРГАНА
РЕГУЛИРОВАНИЯ ИЗ ГАФНИЯ РЕАКТОРА РБТ-6
Е.Е. Варлашова, С.Р. Фридман, А.В. Захаров,
В.Д. Рисованый, В.В. Пименов
ФГУП ГНЦ РФ НИИАР, г. Димитровград, Россия
Представлены результаты послереакторных материаловедческих исследований полномасштабного органа регулиро-
вания из гафния, отработавшего 9 лет в реакторе РБТ-6. На основании результатов исследований дано обоснование ра-
диационной и коррозионной стойкости пластин из гафния при использовании его в качестве органов регулирования
атомных реакторов.
ВВЕДЕНИЕ
Благодаря своим нейтронно-физическим и хими-
ческим свойствам гафний используется в ядерных
реакторах в качестве органов регулирования с конца
50-х годов (в виде прутков в подводной лодке 571
«Nautilus») [1], а с начала 60-х годов – в амери-
канских коммерческих реакторах Shippingport-1, In-
dian Point Unite-1, Yankee Rowe. [2]. В последние
годы заметно расширилось использование гафния в
стержнях регулирования реакторов PWR и BWR в
таких странах, как Япония [3] и Франция [4]. Рас-
четно-экспериментальными исследованиями было
установлено, что органы регулирования на основе
гафния обладают требуемым комплексом ядерно-
физических характеристик и хорошими свойствами
в водяном теплоносителе. На Украине [5] с 1998
года в реактор ВВЭР-1000 Ровенской АЭС поставле-
ны на эксплуатацию ПС СУЗ с комбинированными
поглощающими элементами (пэлами), в которых в
нижней части расположены прутки из гафния в за-
щитной стальной оболочке. В России также прове-
ден большой объем исследований гафния, включая
радиационные испытания. Однако исследований
штатных органов регулирования из гафния, отрабо-
тавших в атомных реакторах, проведено не было.
С 1993 года в исследовательском реакторе РБТ-6
(ФГУП ГНЦ РФ НИИАР) успешно эксплуатируются
пластинчатые стержни регулирования из гафния. В
данной статье представлены результаты впервые
проведенных в России послереакторных материало-
ведческих исследований органа регулирования из
гафния, отработавшего 9 лет в реакторе РБТ-6. На
основании результатов исследований дано обосно-
вание радиационной и коррозионной стойкости пла-
стин из гафния при использовании его в качестве
органов регулирования атомных реакторов.
Целью впервые проведенных в России послере-
акторных материаловедческих исследований органа
регулирования из гафния было получение экспери-
ментальных данных об изменении свойств гафния
марки ГФЭ-1 в виде пластин при длительном облу-
чении в условиях реактора РБТ-6. Эти исследования
позволяют обосновать возможность эффективного
использования гафния марки ГФЭ-1 в стержнях СУЗ
атомных реакторов.
1. ХАРАКТЕРИСТИКА И УСЛОВИЯ ЭКС-
ПЛУАТАЦИИ ОРГАНА РЕГУЛИРОВА-
НИЯ РБТ-6
В исследовательском реакторе РБТ-6 использу-
ются 7 органов СУЗ: 6 из них выполняют функцию
аварийной защиты и компенсации (АЗ-КО) и 1 ор-
ган – автоматического регулирования (АР). Переме-
щение рабочего органа (РО) АЗ-КО осуществляют
приводами через систему тяг. Часть хода РО АЗ-КО
используют для аварийной защиты, остальную часть
хода – для компенсации запаса реактивности и обес-
печения начальной подкритичности реактора.
Рабочий орган АЗ-КО состоит из двух поглоща-
ющих пластин специального профиля (рис. 1).
Рис. 1. Секция рабочего органа АЗ-КО из гафния:
1 – водило; 2 – пластина-компенсатор; 3 – пласти-
на из гафния
В качестве поглотителя в пяти РО АЗ-КО при-
менен листовой кадмий в очехловке из нержавею-
щей стали. В РО АЗ-КО № 3, который и являлся
предметом исследований, поглотителем служит гаф-
ний в виде пластины толщиной 6 мм без облицовки.
________________________________________________________________________________
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2006. №4.
Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (89), с. 84-89.
84
Поглощающая пластина РО АЗ-КО № 3 облуча-
лась в реакторе РБТ-6 с 5.04.1993 г. по 15.11.2002 г.
Эффективное время облучения пластины ~ 2047 эф.-
сут. Расчетная температура пластины гафния для
случая максимального энерговыделения составила
на поверхности от 68 до 86 оС, в центре – от 69 до
88 оС. Распределение флюенса нейтронов различных
энергий в поглощающей пластине АЗ-КО № 3 при-
ведены на рис. 2.
0,18 0,22 0,26 0,32
0,20 0,24 0,37 0,57 0,83 0,27 0,33 0,51 0,80 1,17
0,20 0,24 0,37 0,58 0,84 1,15 1,51 0,26 0,32 0,50 0,79 1,15 1,58 2,05
0,19 0,23 0,35 0,55 0,80 1,10 1,46 1,87 0,24 0,30 0,47 0,74 1,09 1,50 1,97 2,51
0,17 0,21 0,32 0,50 0,74 1,02 1,35 1,75 2,24 0,22 0,27 0,43 0,68 1,00 1,39 1,83 2,35 2,98
0,15 0,19 0,29 0,45 0,66 0,92 1,22 1,60 2,07 0,20 0,24 0,38 0,60 0,90 1,25 1,66 2,16 2,76
0,13 0,16 0,25 0,39 0,58 0,81 1,09 1,43 1,86 2,43 0,17 0,21 0,34 0,53 0,79 1,11 1,48 1,94 2,50 3,22
0,12 0,15 0,22 0,34 0,51 0,71 0,95 1,26 1,66 2,19 0,15 0,19 0,30 0,47 0,70 0,97 1,31 1,72 2,24 2,92
0,11 0,13 0,20 0,30 0,44 0,62 0,83 1,10 1,46 1,95 0,14 0,17 0,26 0,41 0,61 0,85 1,14 1,51 1,98 2,61
0,10 0,12 0,18 0,27 0,39 0,54 0,72 0,96 1,27 1,72 2,34 0,12 0,15 0,23 0,36 0,53 0,74 0,99 1,31 1,74 2,31 3,09
0,09 0,11 0,16 0,24 0,35 0,47 0,63 0,83 1,11 1,51 2,08 0,11 0,14 0,21 0,33 0,47 0,65 0,86 1,14 1,51 2,03 2,74
0,08 0,10 0,14 0,22 0,31 0,42 0,55 0,72 0,97 1,32 1,84 0,10 0,13 0,19 0,29 0,42 0,57 0,75 0,99 1,31 1,77 2,42
0,07 0,09 0,13 0,20 0,28 0,37 0,48 0,63 0,84 1,16 0,09 0,12 0,18 0,27 0,38 0,50 0,65 0,85 1,13 1,54
0,07 0,08 0,12 0,18 0,25 0,33 0,42 0,55 0,73 1,02 0,09 0,11 0,16 0,24 0,34 0,44 0,57 0,74 0,98 1,33
0,06 0,07 0,11 0,16 0,22 0,29 0,37 0,48 0,64 0,89 0,08 0,10 0,15 0,22 0,30 0,39 0,49 0,63 0,84 1,15
0,05 0,07 0,10 0,14 0,19 0,25 0,32 0,42 0,56 0,07 0,08 0,13 0,19 0,26 0,33 0,42 0,54 0,71
0,05 0,06 0,08 0,12 0,16 0,21 0,28 0,36 0,49 0,06 0,07 0,11 0,16 0,21 0,28 0,35 0,45 0,60
0,04 0,05 0,07 0,10 0,14 0,18 0,23 0,31 0,05 0,06 0,08 0,12 0,17 0,22 0,28 0,37
0,03 0,03 0,05 0,08 0,11 0,15 0,19 0,03 0,04 0,06 0,09 0,12 0,16 0,22
0,02 0,03 0,04 0,06 0,08 0,02 0,02 0,04 0,06 0,08
0,02 0,02 0,01 0,01
а б
0,18 0,21 0,70 0,83
0,19 0,22 0,31 0,45 0,62 0,73 0,88 1,30 1,95 2,77
0,19 0,22 0,31 0,44 0,61 0,81 1,03 0,72 0,86 1,28 1,93 2,75 3,71 4,78
0,17 0,20 0,29 0,42 0,58 0,77 0,99 1,25 0,68 0,81 1,21 1,83 2,62 3,55 4,61 5,84
0,16 0,19 0,26 0,38 0,53 0,71 0,93 1,18 1,48 0,62 0,74 1,10 1,67 2,41 3,29 4,31 5,50 6,94
0,14 0,17 0,24 0,34 0,48 0,65 0,84 1,08 1,37 0,55 0,66 0,99 1,50 2,17 2,98 3,92 5,06 6,44
0,12 0,15 0,21 0,30 0,42 0,57 0,75 0,97 1,25 1,60 0,49 0,58 0,87 1,33 1,92 2,64 3,51 4,56 5,87 7,53
0,11 0,13 0,18 0,26 0,37 0,50 0,66 0,87 1,12 1,45 0,43 0,51 0,76 1,16 1,68 2,32 3,09 4,05 5,26 6,84
0,10 0,11 0,16 0,23 0,32 0,44 0,58 0,76 0,99 1,30 0,37 0,45 0,67 1,01 1,47 2,02 2,70 3,56 4,67 6,13
0,08 0,10 0,14 0,20 0,28 0,38 0,50 0,66 0,87 1,15 1,53 0,33 0,40 0,59 0,89 1,28 1,76 2,35 3,10 4,10 5,44
0,08 0,09 0,12 0,18 0,25 0,33 0,44 0,57 0,76 1,01 1,36 0,30 0,36 0,53 0,79 1,12 1,53 2,04 2,70 3,58 4,80
0,07 0,08 0,11 0,16 0,22 0,29 0,38 0,50 0,66 0,89 1,21 0,27 0,32 0,47 0,70 0,99 1,34 1,77 2,33 3,11 4,21
0,06 0,07 0,10 0,14 0,19 0,25 0,33 0,43 0,57 0,77 0,25 0,30 0,43 0,63 0,88 1,17 1,54 2,02 2,70 3,67
0,06 0,07 0,09 0,13 0,17 0,22 0,28 0,37 0,49 0,67 0,23 0,27 0,39 0,56 0,78 1,03 1,33 1,74 2,33 3,20
0,05 0,06 0,08 0,12 0,15 0,19 0,25 0,32 0,42 0,58 0,20 0,24 0,35 0,50 0,69 0,90 1,15 1,50 2,01 2,78
0,05 0,05 0,07 0,10 0,13 0,17 0,21 0,27 0,36 0,18 0,21 0,30 0,44 0,59 0,77 0,99 1,28 1,72
0,04 0,05 0,06 0,09 0,12 0,15 0,18 0,23 0,31 0,15 0,18 0,26 0,37 0,50 0,65 0,83 1,08 1,47
0,03 0,04 0,05 0,07 0,10 0,12 0,15 0,20 0,12 0,14 0,21 0,30 0,40 0,52 0,68 0,90
0,03 0,03 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,09 0,11 0,15 0,22 0,31 0,41 0,54
0,02 0,02 0,03 0,04 0,06 0,06 0,07 0,10 0,15 0,22
0,02 0,02 0,04 0,05
в г
Рис. 2. Распределение флюенса нейтронов различных энергий
в поглощающей пластине АЗ-КО № 3, 1021 см-2:
а – 0,821 МэВ < E < 10,5 МэВ; б –5,53 кэВ < E < 0,821 МэВ;
в – 0,625 эВ < E < 5,53 кэВ; г – E < 0,625 эВ
85
2. ПОСЛЕРЕАКТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
Послереакторные материаловедческие исследо-
вания органа СУЗ, проведенные после извлечения
секции АЗ-КО из активной зоны реактора РБТ-6,
включали визуальный осмотр и фотографирование
внешнего вида, γ-сканирование, спектрометриче-
ские исследования, измерение плотности облучен-
ных образцов, проведение металлографических,
рентгеноструктурных и электронно-микроско-пиче-
ских исследований, изучение механических характе-
ристик.
Было установлено, что в результате эксплуата-
ции в воде реакторной чистоты при температуре на
поверхности 68…86 °С на пластинах не возникло
существенных коррозионных повреждений. Поверх-
ность сохранила металлический блеск. На ней от-
сутствовали язвенные повреждения. Окисление по-
верхности характеризуется изменением цвета пла-
стины. Как показали металлографические и элек-
тронно-микроскопические исследования, толщина
оксидной пленки не превышает 1мкм в наиболее об-
лученной части пластины (рис. 3).
100 мкм
Рис. 3. Поверхность пластины гафния
Общие закономерности окисления гафния свиде-
тельствуют о том, что коррозионные процессы на
поверхности гафния в водной среде определяются
наличием на поверхности изделий плотной и тонкой
оксидной пленки, выполняющей защитные функ-
ции. Наличие такой пленки гарантирует неопреде-
ленно длительное предохранение металлического
гафния от развития процессов взаимодействия со
средой. При температурах водного теплоносителя
20…80 °С не возникает условий для разрушения за-
щитной оксидной пленки. В результате коррозион-
ные процессы не могут развиваться. Эксперимен-
тально не выявлено заметного влияния нейтронного
облучения на интенсивность процессов коррозии
гафния до флюенсов порядка 3,4·1022 см-2
(E>0,1 МэВ).
После эксплуатации механические дефекты на
элементах конструкции отсутствовали. Поглощаю-
щие пластины были параллельны, деформация и ис-
кривление поверхности не отмечены. Штифтовые
соединения пластины с элементами секции находи-
лись в удовлетворительном состоянии. Поверхность
пластины темного цвета; на сферическом участке,
эксплуатировавшемся ближе к активной зоне, за-
фиксирована полоса шириной до ~50 мм с цветами
побежалости от желтого до синего.
Измерение толщины пластин показало, что тол-
щина облученной пластины и пластины-свидетеля
находилась в пределах 5,75…6,20 мм, что укладыва-
ется в допуск на изготовление пластины. Габарит-
ные размеры пластины после облучения также не
изменились.
Результаты измерений плотности образцов гаф-
ния, вырезанных из различных зон пластины гаф-
ния, и образцов-свидетелей, измеренных гидроста-
тическим методом, показали, что имеется тенденция
уменьшения плотности в процессе облучения, кото-
рая аппроксимируется линейной зависимостью. Ре-
зультаты исследований пластины из гафния марки
ГФЭ-1, испытанной в реакторе РБТ-6 в течение 9
лет в диапазоне достигнутых на различных участках
флюенсов нейтронов до 6,2·1021см-2 (Е>0,1МэВ), по-
казали наличие тенденции к снижению плотности
материала не более чем на 1% (см. рис. 3). По ре-
зультатам исследований не выявлено различий в ве-
личине зерна в структуре гафния в процессе облуче-
ния как в поперечном, так и в продольном направле-
ниях. Не наблюдается четкой зависимости между
изменением размера зерен и направлением прокатки
пластины (рис. 4).
12,5
12,7
12,9
13,1
13,3
13,5
0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0
Флюенс тепловых нейтронов (Е<0,625эВ), х1021 см-2
Рис. 4. Зависимость изменения плотности образцов
гафния от флюенса нейтронов
Значения среднего эквивалентного диаметра зе-
рен достаточно близки и находятся в пределах
ошибки измерений (рис. 5).
Структура необлученного гафния характеризует-
ся наличием рекристаллизованных зерен, внутри ко-
торых наблюдаются исходные линейные дислока-
ции и их скопления. Дислокации с-типа отсутству-
ют, а концентрация а-дислокаций линейного типа
достигает значений (5±2)·1013м-2.
Структура облученного гафния подобна структу-
ре необлученного образца, за исключением того, что
в этом случае в матрице присутствуют мелкие ра-
диационные дефекты в виде черно-белых точек раз-
мером до 5 мм (рис. 6).
Стальные элементы органа регулирования имеют
двойниковую аустенитную структуру, в структуре
стальной шпильки наблюдаются полосы скольжения
и деформации. Штифтовые соединения пластин на-
ходятся в удовлетворительном состоянии. Механи-
86
И
зм
ен
ен
ие
пл
от
но
ст
и,
г/
см
3
Hf
ческих повреждений и следов коррозии как на сво-
бодной поверхности материалов, так и в контакте
между сталью и гафнием не обнаружено, сварные
соединения без дефектов.
а б
0
5
10
15
20
25
30
10 30 50 70 90 110
в г
Рис. 5. Микроструктура образца, вырезанного из секции АЗ-КО в направлении, поперечном прокатке, после
облучения до флюенса нейтронов 6,7·1021см-2(Е < 0,625эВ):
а – в косом свете после полировки; б – в поляризованном свете после травления;
в – прорисовка границ зерен; г – распределение эквивалентного диаметра зерен
О том, что различия в структуре между направ-
лениями прокатки образцов значительно не отлича-
ются, свидетельствуют и результаты измерения ми-
кротвердости. Прослеживается тенденция ее умень-
шения при облучении. Однако величина микро-
твердости между образцами с различной текстурой
отличается не более чем на 5 %.
а б в
Рис. 6. Структура гафния после облучения
(флюенс нейтронов на образце 0,25·1021см-2 (Е<0,625эВ)):
а – общий вид; б – отсутствие с-дислокаций, ориентация фольги [100], действующее отражение [002];
в – а-дислокации и радиационные дефекты в виде малых черных точек, ориентация фольги [100],
действующее отражение [020]
87
200 мкм
Диаметр зерна, мкм
К
ол
ич
ес
тв
о
зе
ре
н,
%
Для определения изменения параметров элемен-
тарной ячейки гафния на дифрактометре ДРОН-УМ
исследовали образцы, вырезанные из 3 зон облучен-
ной пластины и пластины-свидетеля. По результа-
там измерений установлено, что наблюдается тен-
денция увеличения параметров решетки с увеличе-
нием флюенса нейтронов (рис. 7).
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0 2 4 6 8
Флюенс нейтронов, х1021см-2
Рис. 7. Зависимость изменения объема элементар-
ной решетки гафния
от флюенса нейтронов (Е>0,821 МэВ)
Радиационный рост изделий из гафния, имеюще-
го кристаллическую решетку типа ГПУ, обусловлен
наличием предпочтительных направлений и плоско-
стей для стоков точечных радиационных дефектов,
образования и ориентации дислокационных петель
при наличии текстуры материала.
Явление радиационного роста гафния заключает-
ся в увеличении линейных размеров изделий из него
в направлении текстуры и уменьшении размеров в
поперечном направлении. При этом объем материа-
ла сохраняется неизменным. При большой неравно-
мерности облучения пластин по их длине наи-
больший радиационный рост возможен только на
нижней, наиболее облученной части пластин, а в
верхней ее части радиационный рост должен быть
минимален или отсутствовать.
Для измерения кратковременных механических
характеристик металлического гафния из облучен-
ной пластины и пластины-свидетеля изготавливали
плоские образцы. Внешний вид образцов показан на
рис. 8.
Рис. 8. Внешний вид образца для механических испытаний на растяжение, х1
Испытания в воздушной среде проводили при
температуре испытаний 20, 70, 100 и 150 ºС.
Данные о прочностных и пластических свой-
ствах гафния после облучения в реакторе РБТ-6 до
флюенсов (0,5…2,5)·1021см-2 при температурах испы-
таний 20…150 °С свидетельствуют о достаточно вы-
соких механических характеристиках. Накопление
радиационных дефектов при эксплуатации в реакто-
ре приводит к увеличению пределов прочности и те-
кучести. С учетом того, что значения пределов
прочности и текучести гафния перед облучением с
большим запасом перекрывают возможные напря-
жения в гафниевых элементах при эксплуатации в
реакторе, упрочнение под облучением приведет к
еще более значительному их перекрытию, что обес-
печивает надежную работоспособность гафниевых
элементов в реакторе.
На рис. 9 приведены данные о прочностных и
пластических свойствах гафния после облучения в
реакторе РБТ-6 в течение 9 лет до флюенсов (0,5…
2,5)⋅1021см-2 при температурах испытаний 20…150 °
С. При этих условиях облучения предел прочности
гафния составил 410…500 МПа, что выше исходных
значений (405…485 МПа) на 1…5%.
При облучении до более высоких флюенсов
вплоть до (5…10)⋅1021см-2 следует ожидать дальней-
шего увеличения предела прочности с последующей
стабилизацией его значений в пределах
600 МПа. Остаточное равномерное удлинение гаф-
ниевых образцов (δр) при испытаниях на разрыв по-
сле облучения не ниже 3…5%, а общее удлинение
не ниже 8…15%. При этом диаграммы растяжения
при испытаниях сохраняют классический вид, ха-
рактерный для деформаций пластичных металлов.
0
10
20
30
40
0 40 80 120 160
Температура, град
Де
ф
ор
м
ац
ия
, %
150
250
350
450
550
0 40 80 120 160
Температура, град
Н
ап
ря
же
ни
е,
М
П
а
а б
Рис. 9. Зависимость пластичных (а) и прочностных (б) характеристик плоских образцов гафния от темпе-
ратуры: равномерное удлинение (δр): а – необлученные () и после облучения (); общее удлинение (δ0):
а – необлученные () и после облучения (); предел текучести (σ0,2); б – необлученные () и после облуче-
ния (); предел прочности (σв): б – необлученные () и после облучения ()
Снижение пластичности гафния, наблюдаемое
при облучении, существенно, но по абсолютным
значениям его пластические характеристики остают-
ся на достаточном для обеспечения работоспособно-
88
И
зм
ен
ен
ие
о
бъ
ем
а
∆V
/V
0,%
сти уровне. Закономерности снижения пластичности
гафния указывают на наибольшее изменение пла-
стических характеристик на ранних стадиях облуче-
ния в пределах флюенсов до 5⋅1021см-2, а дальнейшее
облучение не приводит к заметному их снижению.
По результатам исследований установили, что
ударная вязкость возросла в несколько раз, т.е. рабо-
та, затраченная на разрушение облученного образца
и оцениваемая произведением силы на перемеще-
ние, в 3-4 раза больше, чем на разрушение необлу-
ченного. Характерная структура излома облученно-
го образца – сочетание скола с отрывом (рис. 10,а).
а б
Рис. 10. Структура поверхности излома облученного образца:
а – механизм разрушения – скол в сочетании с отрывом; б – механизм разрушения – отрыв путем слияния
микропор
Такая структура обычно наблюдается в анизо-
тропных однофазных металлах, отличающихся вы-
сокой пластичностью и умеренной прочностью. На
поверхности излома встречаются участки вязкого
разрушения, осуществляемого путем слияния ми-
кропор (см. рис. 10,б).
Рост ударной вязкости после облучения мог быть
следствием значительного увеличения статистиче-
ских и динамических характеристик прочности и
свидетельствует о сохранении высокой работо-
способности материала в условиях отсутствия спе-
цифических механических нагрузок, характерных
для несущих конструкций. При облучении происхо-
дит снижение сопротивления гафния ударным на-
грузкам, что непосредственно связано со снижением
пластичности материала. Однако это снижение не
носит характера абсолютного охрупчивания матери-
ала. Испытания показали, что после эксплуатации
гафниевых пластин в реакторе РБТ-6 в течение 9 лет
при температурах на поверхности 68…86 ºС гафний
сохранил высокую степень сопротивления ударным
нагрузкам до флюенсов более 2·1021см-2. Характер
излома после испытаний характерен для разрушения
пластичных металлов.
В целом, оценивая данные о механических ха-
рактеристиках гафния при облучении, с очень высо-
кой степенью надежности можно считать, что при
эксплуатации в атомных реакторах механические
характеристики гафниевых элементов стержней ре-
гулирования в течение всего требуемого срока
службы обеспечат целостность и геометрические па-
раметры конструкции во всем диапазоне возникаю-
щих при эксплуатации механических нагрузок.
Таким образом, по результатам исследований и
полученных экспериментальных данных можно
утверждать, что орган регулирования из гафния по-
сле эксплуатации в течение 2047 эф.сут в условиях
бассейнового водо-водяного реактора на тепловых
нейтронах до максимального флюенса
2,34·1021см-2 (0,821 МэВ<E<10,5 МэВ); 7,53·1021см-2
(E<0,625 эВ) сохранил работоспособность. Совокуп-
ность изученных физико-технических характери-
стик гафния позволяет прогнозировать возможность
его эксплуатации в качестве органа регулирования в
реакторе РБТ в течение 25…30 лет.
МАТЕРІАЛОЗНАВСЬКІ ДОСЛІДЖЕННЯ ОРГАНА РЕГУЛЮВАННЯ
З ГАФНІЮ РЕАКТОРА РБТ-6
Е.Е. Варлашова, С.Р. Фридман, А.В. Захаров, В.Д. Рисований, В.В. Пимєнов
Представлено результати післяреакторних матеріалознавських досліджень повномасштабного органа регулювання з гафнію, що
відробив 9 років у реакторі РБТ-6. На підставі результатів досліджень дане обґрунтування радіаційної й корозійної стійкості пластин з
гафнію при використанні його як органи регулювання атомних реакторів.
MATERIAL SCIENCE INVESTIGATIONS OF THE HAFNIUM CONTROL ROD OF THE RBT-6 REACTOR
E.E. Varlashova, S.R. Friedman, A.V. Zakharov, V.D Risovany, V.V. Pimenov
The paper presents results of post-reactor material science investigationsof the full?scale hafnium control rod worked off within 9 years in
the RBT-6reactor. According to the investigations results substantiation of radiationand corrosion resistance of hafnium plates at use of hafnium
as control rodsof nuclear reactors has been performed.
89
2. ПОСЛЕРЕАКТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
Рис. 7. Зависимость изменения объема элементарной решетки гафния
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-80222 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1562-6016 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T17:10:33Z |
| publishDate | 2006 |
| publisher | Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Варлашова, Е.Е. Фридман, С.Р. Захаров, А.В. Рисованый, В.Д. Пименов, В.В. 2015-04-13T17:17:42Z 2015-04-13T17:17:42Z 2006 Материаловедческие исследования органа регулирования из гафния реактора РБТ-6 / Е.Е. Варлашова, С.Р. Фридман, А.В. Захаров,
 В.Д. Рисованый, В.В. Пименов // Вопросы атомной науки и техники. — 2006. — № 4. — С. 84-89. — рос. 1562-6016 УДК 621.039.53 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/80222 Представлены результаты послереакторных материаловедческих исследований полномасштабного органа регулирования из гафния, отработавшего 9 лет в реакторе РБТ-6. На основании результатов исследований дано обоснование радиационной и коррозионной стойкости пластин из гафния при использовании его в качестве органов регулирования атомных реакторов. Представлено результати післяреакторних матеріалознавських досліджень повномасштабного органа регулювання з гафнію, що
 відробив 9 років у реакторі РБТ-6. На підставі результатів досліджень дане обґрунтування радіаційної й корозійної стійкості пластин з
 гафнію при використанні його як органи регулювання атомних реакторів. The paper presents results of post-reactor material science investigationsof the full?scale hafnium control rod worked off within 9 years in
 the RBT-6reactor. According to the investigations results substantiation of radiationand corrosion resistance of hafnium plates at use of hafnium
 as control rodsof nuclear reactors has been performed. ru Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України Вопросы атомной науки и техники Материалы реакторов на тепловых нейтронах Материаловедческие исследования органа регулирования из гафния реактора РБТ-6 Матеріалознавські дослідження органа регулювання з гафнію реактора РБТ-6 Material science investigations of the hafnium control rod of the RBT-6 reactor Article published earlier |
| spellingShingle | Материаловедческие исследования органа регулирования из гафния реактора РБТ-6 Варлашова, Е.Е. Фридман, С.Р. Захаров, А.В. Рисованый, В.Д. Пименов, В.В. Материалы реакторов на тепловых нейтронах |
| title | Материаловедческие исследования органа регулирования из гафния реактора РБТ-6 |
| title_alt | Матеріалознавські дослідження органа регулювання з гафнію реактора РБТ-6 Material science investigations of the hafnium control rod of the RBT-6 reactor |
| title_full | Материаловедческие исследования органа регулирования из гафния реактора РБТ-6 |
| title_fullStr | Материаловедческие исследования органа регулирования из гафния реактора РБТ-6 |
| title_full_unstemmed | Материаловедческие исследования органа регулирования из гафния реактора РБТ-6 |
| title_short | Материаловедческие исследования органа регулирования из гафния реактора РБТ-6 |
| title_sort | материаловедческие исследования органа регулирования из гафния реактора рбт-6 |
| topic | Материалы реакторов на тепловых нейтронах |
| topic_facet | Материалы реакторов на тепловых нейтронах |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/80222 |
| work_keys_str_mv | AT varlašovaee materialovedčeskieissledovaniâorganaregulirovaniâizgafniâreaktorarbt6 AT fridmansr materialovedčeskieissledovaniâorganaregulirovaniâizgafniâreaktorarbt6 AT zaharovav materialovedčeskieissledovaniâorganaregulirovaniâizgafniâreaktorarbt6 AT risovanyivd materialovedčeskieissledovaniâorganaregulirovaniâizgafniâreaktorarbt6 AT pimenovvv materialovedčeskieissledovaniâorganaregulirovaniâizgafniâreaktorarbt6 AT varlašovaee materíaloznavsʹkídoslídžennâorganaregulûvannâzgafníûreaktorarbt6 AT fridmansr materíaloznavsʹkídoslídžennâorganaregulûvannâzgafníûreaktorarbt6 AT zaharovav materíaloznavsʹkídoslídžennâorganaregulûvannâzgafníûreaktorarbt6 AT risovanyivd materíaloznavsʹkídoslídžennâorganaregulûvannâzgafníûreaktorarbt6 AT pimenovvv materíaloznavsʹkídoslídžennâorganaregulûvannâzgafníûreaktorarbt6 AT varlašovaee materialscienceinvestigationsofthehafniumcontrolrodoftherbt6reactor AT fridmansr materialscienceinvestigationsofthehafniumcontrolrodoftherbt6reactor AT zaharovav materialscienceinvestigationsofthehafniumcontrolrodoftherbt6reactor AT risovanyivd materialscienceinvestigationsofthehafniumcontrolrodoftherbt6reactor AT pimenovvv materialscienceinvestigationsofthehafniumcontrolrodoftherbt6reactor |