Развитие радиационных исследований на ЛУМЗИ

Рассмотрен вопрос о методическом обеспечении экспериментальных работ по радиационному материаловедению на ускорителе ЛУМЗИ. Для облучения материалов протонами и ионами гелия создана новая начальная часть линейного ускорителя тяжелых ионов (ПОС-4). Для облучения ионами тяжелых металлов (азота, алюми...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Veröffentlicht in:	Вопросы атомной науки и техники
Datum:	2009
Hauptverfasser:	Зайцев, Б.В., Бомко, В.А., Дьяченко, А.Ф., Кобец, А.Ф., Мелешкова, Ю.В., Ожигов, Л.С., Павлий, К.В., Пархоменко, А.A., Тишкин, С.С.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України 2009
Schlagworte:	Физика радиационных и ионно-плазменных технологий
Online Zugang:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96391
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Развитие радиационных исследований на ЛУМЗИ / Б.В. Зайцев, В.А. Бомко, А.Ф. Дьяченко, А.Ф. Кобец, Ю.В. Мелешкова, Л.С. Ожигов, К.В. Павлий, А.A. Пархоменко, С.С. Тишкин // Вопросы атомной науки и техники. — 2009. — № 4. — С. 279-285. — Бібліогр.: 19 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-96391
record_format	dspace
spelling	Зайцев, Б.В. Бомко, В.А. Дьяченко, А.Ф. Кобец, А.Ф. Мелешкова, Ю.В. Ожигов, Л.С. Павлий, К.В. Пархоменко, А.A. Тишкин, С.С. 2016-03-15T19:31:09Z 2016-03-15T19:31:09Z 2009 Развитие радиационных исследований на ЛУМЗИ / Б.В. Зайцев, В.А. Бомко, А.Ф. Дьяченко, А.Ф. Кобец, Ю.В. Мелешкова, Л.С. Ожигов, К.В. Павлий, А.A. Пархоменко, С.С. Тишкин // Вопросы атомной науки и техники. — 2009. — № 4. — С. 279-285. — Бібліогр.: 19 назв. — рос. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96391 548.74: 539.12.04 Рассмотрен вопрос о методическом обеспечении экспериментальных работ по радиационному материаловедению на ускорителе ЛУМЗИ. Для облучения материалов протонами и ионами гелия создана новая начальная часть линейного ускорителя тяжелых ионов (ПОС-4). Для облучения ионами тяжелых металлов (азота, алюминия, железа, никеля и т.д.) рассчитан ускоряюще-фокусирующий тракт начальной части ЛУМЗИ с комбинированной фокусировкой ВЧ-полем (ПОС-15). Разработаны и созданы экспериментальные устройства для облучения конструкционных материалов и изучения механических свойств (ползучесть, релаксация напряжений, активное деформирование, размерная стабильность) под пучком ионов. Розглянуто питання про методичне забезпечення експериментальних робіт з радіаційного матеріалознавства на прискорювачи ЛУМЗІ. Для опромінення матеріалів протонами і іонами гелію створена нова начальна частина лінійного прискорювача важких іонів (ПОС-4). Для опромінення іонами важких металів (азоту, алюмінію, заліза, нікелю і т.д.) розрахований прискорююче-фокусуючий тракт початкової частини ЛУМЗІ з комбінованим фокусуванням ВЧ-полем (ПОС-15). Розроблені та створені експериментальні пристрої для опромінення конструкційних матеріалів та вивчення механічних властивостей (повзучість, релаксація напруг, активне деформування, розмірна стабільність) під пучком іонів. The question on methodical support of experimental works on radiating materiology on accelerator MILAC is considered. For an irradiation of materials protons and ions of helium create a new initial part of the linear accelerator of heavy ions (POS-4). For an irradiation by ions of heavy metals (nitrogen, aluminium, iron, nickel, etc.) it is calculated accelerating-focusing a fraction of initial part MILAC with the combined focusing by the RF-field (POS- 15). Experimental devices for an irradiation of constructional materials and studying of mechanical properties (creep, a relaxation of pressure, active deformation, dimensional stability) under a bunch of ions are developed and created. Работа выполнена в рамках проектов ЯМРТ гранта № Х-5-533 и III-4-06 (ІПЕНМП). ru Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України Вопросы атомной науки и техники Физика радиационных и ионно-плазменных технологий Развитие радиационных исследований на ЛУМЗИ Розвиток радіаційних досліджень на ЛУМЗІ Development of radiating researches on MILAC Article published earlier
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
title	Развитие радиационных исследований на ЛУМЗИ
spellingShingle	Развитие радиационных исследований на ЛУМЗИ Зайцев, Б.В. Бомко, В.А. Дьяченко, А.Ф. Кобец, А.Ф. Мелешкова, Ю.В. Ожигов, Л.С. Павлий, К.В. Пархоменко, А.A. Тишкин, С.С. Физика радиационных и ионно-плазменных технологий
title_short	Развитие радиационных исследований на ЛУМЗИ
title_full	Развитие радиационных исследований на ЛУМЗИ
title_fullStr	Развитие радиационных исследований на ЛУМЗИ
title_full_unstemmed	Развитие радиационных исследований на ЛУМЗИ
title_sort	развитие радиационных исследований на лумзи
author	Зайцев, Б.В. Бомко, В.А. Дьяченко, А.Ф. Кобец, А.Ф. Мелешкова, Ю.В. Ожигов, Л.С. Павлий, К.В. Пархоменко, А.A. Тишкин, С.С.
author_facet	Зайцев, Б.В. Бомко, В.А. Дьяченко, А.Ф. Кобец, А.Ф. Мелешкова, Ю.В. Ожигов, Л.С. Павлий, К.В. Пархоменко, А.A. Тишкин, С.С.
topic	Физика радиационных и ионно-плазменных технологий
topic_facet	Физика радиационных и ионно-плазменных технологий
publishDate	2009
language	Russian
container_title	Вопросы атомной науки и техники
publisher	Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
format	Article
title_alt	Розвиток радіаційних досліджень на ЛУМЗІ Development of radiating researches on MILAC
description	Рассмотрен вопрос о методическом обеспечении экспериментальных работ по радиационному материаловедению на ускорителе ЛУМЗИ. Для облучения материалов протонами и ионами гелия создана новая начальная часть линейного ускорителя тяжелых ионов (ПОС-4). Для облучения ионами тяжелых металлов (азота, алюминия, железа, никеля и т.д.) рассчитан ускоряюще-фокусирующий тракт начальной части ЛУМЗИ с комбинированной фокусировкой ВЧ-полем (ПОС-15). Разработаны и созданы экспериментальные устройства для облучения конструкционных материалов и изучения механических свойств (ползучесть, релаксация напряжений, активное деформирование, размерная стабильность) под пучком ионов. Розглянуто питання про методичне забезпечення експериментальних робіт з радіаційного матеріалознавства на прискорювачи ЛУМЗІ. Для опромінення матеріалів протонами і іонами гелію створена нова начальна частина лінійного прискорювача важких іонів (ПОС-4). Для опромінення іонами важких металів (азоту, алюмінію, заліза, нікелю і т.д.) розрахований прискорююче-фокусуючий тракт початкової частини ЛУМЗІ з комбінованим фокусуванням ВЧ-полем (ПОС-15). Розроблені та створені експериментальні пристрої для опромінення конструкційних матеріалів та вивчення механічних властивостей (повзучість, релаксація напруг, активне деформування, розмірна стабільність) під пучком іонів. The question on methodical support of experimental works on radiating materiology on accelerator MILAC is considered. For an irradiation of materials protons and ions of helium create a new initial part of the linear accelerator of heavy ions (POS-4). For an irradiation by ions of heavy metals (nitrogen, aluminium, iron, nickel, etc.) it is calculated accelerating-focusing a fraction of initial part MILAC with the combined focusing by the RF-field (POS- 15). Experimental devices for an irradiation of constructional materials and studying of mechanical properties (creep, a relaxation of pressure, active deformation, dimensional stability) under a bunch of ions are developed and created.
issn	1562-6016
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96391
citation_txt	Развитие радиационных исследований на ЛУМЗИ / Б.В. Зайцев, В.А. Бомко, А.Ф. Дьяченко, А.Ф. Кобец, Ю.В. Мелешкова, Л.С. Ожигов, К.В. Павлий, А.A. Пархоменко, С.С. Тишкин // Вопросы атомной науки и техники. — 2009. — № 4. — С. 279-285. — Бібліогр.: 19 назв. — рос.
work_keys_str_mv	AT zaicevbv razvitieradiacionnyhissledovaniinalumzi AT bomkova razvitieradiacionnyhissledovaniinalumzi AT dʹâčenkoaf razvitieradiacionnyhissledovaniinalumzi AT kobecaf razvitieradiacionnyhissledovaniinalumzi AT meleškovaûv razvitieradiacionnyhissledovaniinalumzi AT ožigovls razvitieradiacionnyhissledovaniinalumzi AT pavliikv razvitieradiacionnyhissledovaniinalumzi AT parhomenkoaa razvitieradiacionnyhissledovaniinalumzi AT tiškinss razvitieradiacionnyhissledovaniinalumzi AT zaicevbv rozvitokradíacíinihdoslídženʹnalumzí AT bomkova rozvitokradíacíinihdoslídženʹnalumzí AT dʹâčenkoaf rozvitokradíacíinihdoslídženʹnalumzí AT kobecaf rozvitokradíacíinihdoslídženʹnalumzí AT meleškovaûv rozvitokradíacíinihdoslídženʹnalumzí AT ožigovls rozvitokradíacíinihdoslídženʹnalumzí AT pavliikv rozvitokradíacíinihdoslídženʹnalumzí AT parhomenkoaa rozvitokradíacíinihdoslídženʹnalumzí AT tiškinss rozvitokradíacíinihdoslídženʹnalumzí AT zaicevbv developmentofradiatingresearchesonmilac AT bomkova developmentofradiatingresearchesonmilac AT dʹâčenkoaf developmentofradiatingresearchesonmilac AT kobecaf developmentofradiatingresearchesonmilac AT meleškovaûv developmentofradiatingresearchesonmilac AT ožigovls developmentofradiatingresearchesonmilac AT pavliikv developmentofradiatingresearchesonmilac AT parhomenkoaa developmentofradiatingresearchesonmilac AT tiškinss developmentofradiatingresearchesonmilac
first_indexed	2025-11-24T11:37:37Z
last_indexed	2025-11-24T11:37:37Z
_version_	1850845525034663936
fulltext	ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2009. №4-2. Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (94), с. 279-285. 279 УДК 548.74: 539.12.04 РАЗВИТИЕ РАДИАЦИОННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ НА ЛУМЗИ Б.В. Зайцев, В.А. Бомко, А.Ф. Дьяченко, А.Ф. Кобец, Ю.В. Мелешкова, Л.С. Ожигов, К.В. Павлий, А.A. Пархоменко, С.С. Тишкин Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт», Харьков, Украина E-mail: zajtsev@kipt.kharkov.ua Рассмотрен вопрос о методическом обеспечении экспериментальных работ по радиационному материа- ловедению на ускорителе ЛУМЗИ. Для облучения материалов протонами и ионами гелия создана новая на- чальная часть линейного ускорителя тяжелых ионов (ПОС-4). Для облучения ионами тяжелых металлов (азота, алюминия, железа, никеля и т.д.) рассчитан ускоряюще-фокусирующий тракт начальной части ЛУМЗИ с комбинированной фокусировкой ВЧ-полем (ПОС-15). Разработаны и созданы экспериментальные устройства для облучения конструкционных материалов и изучения механических свойств (ползучесть, ре- лаксация напряжений, активное деформирование, размерная стабильность) под пучком ионов. 1. ВВЕДЕНИЕ В связи с завершением проектного ресурса ряда энергоблоков АЭС в Украине необходимо «научно- техническое обоснование возможности продления срока эксплуатации атомных блоков» [1-3]. Меха- нические свойства конструкционных материалов во многом определяют работоспособность конструк- ций активной зоны АЭС. Используя ускоренные заряженные частицы можно практически полностью моделировать процессы, происходящие при радиа- ционном воздействии в активных зонах реакторов при стационарных и переходных режимах эксплуа- тации. Поэтому исследование воздействия заряжен- ных частиц на материалы [4], в связи с проблемой определения радиационных характеристик конст- рукционных материалов и использования их в реак- торостроении, является актуальным. К таким иссле- дованиям относится изучение особенностей измене- ния механических свойств (ползучесть, релаксация напряжения, активное деформирование) и размер- ной стабильности материалов при облучении их ионами высоких энергий, которые определяются радиационной эволюцией микроструктуры и состава исследуемого материала [5]. Изучению взаимодей- ствия заряженных ионов с различными материалами посвящено большое количество экспериментальных работ [6], это имеет большое значение для понима- ния основных закономерностей этих процессов и важно для использования радиационных эффектов в развитии новых технологий. Основные физические процессы, происходящие при взаимодействии ионов с твердым телом, в зна- чительной степени понятны [7], однако для техно- логических целей и обоснования работоспособности конструкционных материалов требуется более уг- лубленное знание процессов как после облучения, так и в процессе облучения. 2. ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ При работе конструкционных материалов в ак- тивных зонах атомных реакторов основной задачей является достижение доступных изменений механи- ческих свойств и размерной стабильности конст- рукционных материалов с целью обеспечения на- дежности и долговечности элементов конструкций. Следует рассматривать влияние газового накопле- ния и создание смещений в материалах на вышепе- речисленные характеристики в зависимости от внешних параметров облучения, температурных режимов и прикладываемых нагрузках. Оптималь- ным вариантом для проведения экспериментальных работ является одновременное воздействие ионов газов и более тяжелых ионов для создания повреж- даемости материалов, т. е. необходимо изучать эти характеристики под воздействием двух «сортов» ионов одновременно. Комплексное изучение меха- нических характеристик конструкционных материа- лов под пучками ионов газов и тяжелых ионов даст возможность выявить влияние доз облучения, плот- ностей ионных потоков, температуры, внешнего напряжения и т.д. Таблица 1 Основные характеристики ионов, используемых для радиационных исследований (ЛУМЗИ) Секции ЛУМЗИ Тип частиц Emax , MэВ Повреждаемость, с.н.а. α 34 2 ⋅ 10-5 ПОС-4 + основная секция p+ 8,5 - N1+ 119 2,1 ⋅ 10-4 Ar3+ 340 1,6 ⋅ 10-3 Ca3+ 340 1,9 ⋅ 10-3 Al3+ 230 7,8 ⋅ 10-4 Ti4+ 408 4,2 ⋅ 10-3 V4+ 435 2,8 ⋅ 10-3 Fe4+ 500 3,4 ⋅ 10-3 Co(4,5)+ 510 3,7 ⋅ 10-3 Cu(4,5)+ 550 4,4 ⋅ 10-3 Zn5+ 570 4,9 ⋅ 10-3 Kr5+ 700 6,8 ⋅ 10-3 ПОС–15 + основная секция Zr6+ 770 9 ⋅ 10-3 Целью настоящей работы является разработка методик и экспериментальных средств для изучения механических характеристик (ползучести, релакса- ции напряжения, активного деформирования) и раз- мерной стабильности металлов в процессе ионного облучения и после него. Основные характеристики 280 ионных пучков, получаемых на ЛУМЗИ, которые необходимо использовать при изучении радиацион- ных свойств конструкционных материалов, приве- дены в табл. 1. Максимальная энергия частиц в таб- лице дана с учетом основной секции, это же касает- ся и оценки повреждаемости. Схема и фотография ЛУМЗИ представлены на рис. 1, 2 соответственно. Основные характеристики ПОС-4 и ПОС-15 будут приведены ниже. Рис. 1. Схема комплекса ЛУМЗИ Рис. 2. Фотография ЛУМЗИ. На заднем плане – ос- новная секция; слева – ПОС-4; справа – ПОС–15 В табл. 2 показаны планируемые эксперимен- тальные работы, которые будут проводиться на ЛУМЗИ. Таблица 2 Планируемые эксперименты на ЛУМЗИ Тип экспери- ментов Измеряемые эффекты Облучение с последующим исследованием Структурные изменения, уп- рочнение, охрупчивание, ме- ханические характеристики Облучение под напряжением Ползучесть, охрупчивание, размерная стабильность Активное де- формирование под пучком Охрупчивание, пределы проч- ности, пластичности Релаксация на- пряжения под пучком Охрупчивание, механические характеристики Это позволит определить изменение механиче- ских характеристик конструкционных материалов от внешних параметров облучения, температурного режима и прикладываемых нагрузок. 3. НАЧАЛЬНАЯ ЧАСТЬ ЛУМЗИ, ПОС-4 Новая предобдирочная секция ПОС-4 ЛУМЗИ предназначена для ускорения ионов Не+ до энергии 1 МэВ/нукл. (входная энергия – 30 кэВ/нукл.), кроме того, ее можно использовать для ускорения прото- нов. В ускоряющей структуре ПОС-4 встречно- штыревого типа для фокусировки пучка использует- ся метод переменно-фазовой фокусировки с шаго- вым изменением синхронной фазы вдоль фокуси- рующих периодов [8]. Эффективность этого метода зависит от конфигурации фокусирующего периода, которая содержит несколько ячеек с синхронной фазой, изменяющейся дискретно от ячеек с отрица- тельными (группирующими) фазами, проходя через ячейки с малым абсолютным значением в зону с положительными (фокусирующими) фазами и на- оборот. Такой выбор синхронных фаз обеспечивает захват пучка ионов высокой интенсивности в фазо- вом угле 120° и радиальную и фазовую устойчиво- сти сгустков ионов вдоль ускоряющей структуры. Для того чтобы обеспечить максимальный захват частиц (1200) в режим устойчивого радиального и продольного движения, ускоряющее поле в началь- ной части структуры было сделано нарастающим. Схематический вид ПОС-4 приведен на рис. 3, а окончательный вид резонатора - на рис.4. Рис. 3. Схематический вид ускоряющей структуры ПОС-4 Рис. 4. Внутренний вид резонатора ПОС-4 Моделирование динамики частиц производилось следующим образом. По измененной геометрии ус- коряюще-фокусирующего тракта были вычислены напряженности полей в ускоряющих зазорах и нор- мированы в соответствии с экспериментальными значениями. Численный расчет динамики произво- дился с учетом вычисленных полей, с силами про- странственного заряда. Основные результаты чис- ленного моделирования показаны в табл. 3. 281 При сборке и настройке ПОС-4 возникла про- блема локального изменения резонансной частоты при сохранении требуемого распределения электри- ческого поля в Н-структурах. Обычно созданные элементы регулировки частоты действуют только в направлении повышения частоты. Задача создания эффективных элементов воздействия на характери- стики структуры с целью снижения ее резонансной частоты потребовала новых подходов, проведения численных расчетов и экспериментальных исследо- ваний [9]. В результате этого разработаны новые элементы настройки, названные «контриками», ко- торые устанавливались на некоторых трубках дрей- фа [10]. Они проявили себя как эффективный эле- мент настройки, локально влияющий на величину электрического поля в ближайших зазорах и пони- жающий резонансную частоту без заметного ухуд- шения электродинамических характеристик резо- нансной системы. В результате совокупного воздей- ствия всех элементов настройки получено заданное распределение электрического поля в структуре на рабочей частоте 47,2 МГц. Общий вид новой пре- добдирочной секции ПОС-4 в главном зале ЛУМЗИ показан на рис. 2. Таблица 3 Основные входные и вычисленные параметры Рабочая частота, МГц 47,2 Входной импульсный ток, мА 30 Входной нормализованный rms эмит- танс в плоскости Х, см·мрад 0,0134 Входной нормализованный rms эмит- танс в плоскости Y, см·мрад 0,0132 Входной нормализованный 99% эмит- танс в плоскости Х, см·мрад 0,0763 Входной нормализованный 99% эмит- танс в плоскости Y, см·мрад 0,0755 Выходной импульсный ток, мА 6,2 Выходной нормализованный rms эмиттанс в плоскости Х, см·мрад 0,0584 Выходной нормализованный rms эмиттанс в плоскости Y, см·мрад 0,0568 Выходной нормализованный 99% эмиттанс в плоскости Х, см·мрад 0,7809 Выходной нормализованный 99% эмиттанс в плоскости Y, см·мрад 0,7723 4. НАЧАЛЬНАЯ ЧАСТЬ ЛУМЗИ, ПОС-15 В настоящее время с целью увеличения выход- ного тока возникла необходимость в разработке ус- коряюще-фокусирующего тракта начальной части ускорителя (НЧУ) для ЛУМЗИ со следующими па- раметрами: энергия инжекции 500 кэВ, импульсный ток ≥ 5 мА, отношение массового числа к зарядово- му (A/Q) = 15. В качестве НЧУ широкое применение получила ускоряющая структура с пространственно- однородной квадрупольной фокусировкой (ПОКФ) [11]. Структуры с ПОКФ обеспечивают 95% захват заряженных частиц в режим ускорения. Однако темп ускорения таких ускорителей не превышает 0,6…0,8 МэВ/м. В данной работе представлена ус- коряющая структура с комбинированной высоко- частотной фокусировкой (КВЧФ), которая позволит выдержать все входные параметры для основной секции ЛУМЗИ с необходимыми геометрическими размерами [12]. КВЧФ является дальнейшим разви- тием идеи переменно-фазовой фокусировки (ПФФ) [13, 14], в которой знакопеременная модуляция ВЧ- поля производится по всем трем пространственным координатам. Реализовать такой тип фокусировки можно на базе модифицированной переменно- фазовой фокусировки (МПФФ) [15], включив в фо- кусирующий период высокочастотные квадруполи [16]. На рис. 5 показан участок IH-структуры, со- держащий один ускоряюще-фокусирующий период с КВЧФ. Рис. 5. Участок IH-структуры, содержащий фоку- сирующий период КВЧФ Идея комбинации МПФ и ВЧ-квадрупольной фокусировок заключается в следующем. В МПФФ для создания устойчивого движения используется осесимметричное ВЧ-поле, обеспечить радиальную устойчивость можно только за счет ослабления про- дольной устойчивости и наоборот. Обеспечить ра- диальную устойчивость движения пучка можно с помощью ВЧ-квадрупольного поля, в этом случае устойчивость радиального и поперечного движения сгустка заряженных частиц обеспечивается незави- симо друг от друга. Расчет параметров ускоряюще- фокусирующего тракта НЧУ и моделирование ди- намики частиц проводились в среде разработки APFRFQ [16]. Основные характеристики ускоряю- ще-фокусирующего тракта НЧУ приведены в табл. 4, в табл. 5 - параметры ускоряемого пучка. Таблица 4 Основные параметры НЧУ с КВЧФ Рабочая частота, МГц 47,2 Длина канала, см 642 Число ускоряющих зазоров 78 Апертура (радиус) канала, см 0,4…0,7 Структура фокусирующего периода OДФOO Распределение фаз синхронных час- тиц на основном фокусирующем пе- риоде -700, 00, 00 , 00, -400 Максимальная напряженность поля на поверхности электродов, кВ/см 185 В результате проведенных вычислений по дина- мике ионов гелия в ПОС-4, можно сделать вывод, что при входном токе 30 мА на выходе из секции мы 282 получаем 6 мА (рис. 6,б). Уменьшение тока про- исходит практически в начальной стадии ускоре- ния секции, т. е. при малых скоростях ионов. Аналогичный вывод можно сделать и для секции ПОС-15 (см. рис. 6,а). Падение тока на выходе этой секции в 3 раза меньше за счет введения ВЧ- фокусировки в структуру МПФФ. Для предот- вращения потерь тока пучка необходимо перед ускоряющей секцией устанавливать ПОКФ, что делается на всех ускорителях тяжелых ионов. Таблица 5 Расчетные параметры пучка Энергия инжекции, кэВ/нукл. 33 Выходная энергия, МэВ/нукл. 1 Ток инжекции, мА 10 Ускоренный ток, мА 5,2 Входные поперечные эмиттан- сы пучка: εx (rms); εy (rms); εx (100%);εy (100%), мм·мрад 0,071; 0,070; 0,432; 0,424 Выходные эмиттансы пучка: εx (rms), мм·рад εy (rms), мм·мрад εя (rms), град·кэВ εx (99%), мм·мрад εy (99%), мм·мрад εz (99%), град·кэВ 0,119 0,114 1574 1,207 1,119 10029 0 10 20 30 40 50 60 70 80 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 0 5 10 15 20 25 30 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 A/q = 15 Tp КВЧФ a б ПФФTp N A/q = 4 Рис. 6. Зависимость коэффициента трансмиссии пучка от номера зазора: а – для КВЧФ; б – для ПФФ 5. УСТРОЙСТВА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ Для изучения механических характеристик конструкционных материалов разрабатывается комплекс экспериментальных средств, который позволит проводить облучения образцов пучками ионов и впоследствии изучать ползучесть, релак- сацию напряжений, активное деформирование и т.д. облученных образцов в зависимости от раз- личных доз облучения, температуры, плотности ионного потока, времени релаксации (выдержка образцов после облучения) и других параметров. Камера для облучения [17-19] состоит из держа- теля, в котором располагаются четыре образца на барабане, их последовательно можно облучать без извлечения из камеры. Каждый образец снабжен термопарой для измерения температуры в процес- се облучения, в камере предусмотрена смена и контроль среды. После облучения всех образцов и необходимой выдержки образцы извлекаются из камеры для изучения физико-механических свойств. Для исследования ползучести, релаксации на- пряжений, активного деформирования и размер- ной стабильности разработано устройство, позво- ляющее изучать механические характеристики под пучком ионов. На рис. 7 приведена схема (А) и фотография (Б) экспериментального устройства для изучения механических свойств конструкци- онных материалов под пучком ионов. 1 2 3 4 5 6 А Б Рис. 7. Схема (А) и фотография (Б) эксперимен- тального устройства для изучения механических свойств материалов под пучком ионов 283 Устройство состоит из: 1) индукционного датчика деформации, кото- рый обеспечивает измерение деформации с точно- стью 1 мкм; 2) штока датчика деформации, передающего перемещение нагружающего устройства на датчик деформации, и тем самым, регистрируется дефор- мация образца; 3) нагревательного элемента, позволяющего в процессе облучения поддерживать температуру об- разца в пределах 100…800 0С; 4) испытуемого образца с захватами; 5) нагружающего штока, который передает на- грузку на образец от сменного пневматического на- гружающего устройства; 6) съемного пневматического нагружающего устройства. В зависимости от сечения образца мож- но менять нагружающее устройство, тем самым ме- нять предельные нагрузки на исследуемый образец. Индукционный датчик деформации Датчик выполнен в виде двух последовательно соединенных катушек с ферритовым сердечником. Внешний вид датчика приведен на рис. 8. На рис. 9 показана градуировочная кривая датчика, выпол- ненная в диапазоне температур: 50…120 0С. Линей- ный участок датчика составляет 1000 мкм, а пол- ный приемлемый измерительный диапазон - 2500 мкм. Это полностью удовлетворяет условиям проведения радиационных испытаний. Рис. 8. Индукционный датчик деформации 1 000 1 500 2 000 2 500 0 50 100 150 200 250 300 350 V , m V Δ L, мкм Рис. 9. Кривая градуировки датчика деформации Система нагрева Нагреватель, состоящий из 10 последовательно соединенных элементов, выполнен из нихромовой проволоки диаметром 4,5 мм и имеет общую мощ- ность 1000 Вт, это позволяет осуществлять нагрев образца до 700 0С. В случае повреждения одного нагревательного элемента не нужно будет менять весь нагреватель, достаточно произвести смену од- ного элемента. На рис. 10 показан нагреватель в ра- бочем состоянии. Рис.10. Нагреватель в рабочем состоянии Образец Для механических испытаний конструкционных материалов на растяжение разработана система за- хватов с исследуемым образцом, приведенная на рис. 11. Толщина образца составляет 200 мкм, что соответствует пробегам ионов гелия и протонов ус- коренных ЛУМЗИ. При проведении экспериментов с тяжелыми ионами толщина образца будет умень- шена. Рис. 11. Исследуемый образец с захватами: 1 – образец; 2 – захваты Нагружающее устройство Нагружающее пневматическое устройство (рис. 12,а) состоит из компенсирующего сильфона, кото- рый передает растягивающую нагрузку на образец и узла нагружения (см. рис. 12,б). Максимальное уси- лие, создаваемое нагружающим устройством, не менее 100 кг/мм2 при толщине образца 200 мкм. При 284 изменении толщины образца можно менять только внешний узел нагружения, без потери точности оп- ределения нагрузки. а б Рис. 12. Нагружающее устройство ЗАКЛЮЧЕНИЕ При проектировании и обосновании работоспо- собности элементов конструкций атомных электро- станций в первую очередь необходимо знать меха- нические характеристики используемых конструк- ционных материалов, которые изменяются в про- цессе их эксплуатации. Для выяснения влияния га- зового (гелиевого, водородного) охрупчивания соз- дана новая предобдирочная секция ПОС-4, позво- ляющая ускорять ионы гелия и протоны с токами 6,2 мА. Для имитации радиационной повреждаемо- сти материалов рассчитана начальная часть ускори- теля с A/q=15 с КВЧ-фокусировкой, выходным то- ком 5,2 мА. Это позволит в дальнейшем проводить исследования под двумя пучками, которые обеспе- чивают практически полную имитацию дефектооб- разования. Для проведения экспериментов под пуч- ком разработано устройство для изучения механи- ческих свойств материалов при растяжении и каме- ра для ионного облучения. Работа выполнена в рамках проектов ЯМРТ гранта № Х-5-533 и III-4-06 (ІПЕНМП). ЛИТЕРАТУРА 1. И.М. Неклюдов. Состояние и проблемы атомной энергетики в Украине //ВАНТ. Серия ФРП и РМ. 2007, №2, c. 3-9. 2. И.М. Неклюдов. Современное состояние и перспективы развития атомной энергетики в Украи- не //Энергетическая политика Украины. Киев, 2006, с. 385-390. 3. В.Н. Воеводин, И.М. Неклюдов. Современ- ный статус материалов ядерной энергетики - микро- структурная эволюция и радиационная стойкость //Труды XVIII ICPRT. Алушта, Крым, 8-13.09.2008, с. 4-5. 4. D. Lesueur. Amorphisation par irradiation aux flagmats de fission dun alliage Pd-Si //Radiat. Effects. 1975, v. 24, № 2, р. 101-110; И.А. Баранов, С.О. Цепелевич, Ю.Н. Явлинский. Неупругое рас- пыление твердых тел //УФН. 1988, т. 156, № 3, с. 477-510; И.А. Баранов, А.С. Кривохатский, В.В. Обнорский. Механизм распыления материалов тя- желыми многозарядными ионами–осколками деле- ния //ЖТФ. 1981, т. 51, № 12, с. 2457 – 2475. 5. В.Н. Воеводин, И.М. Неклюдов. Эволюция структурно-фазового состояния и радиационная стойкость конструкционных материалов. Киев: «Наукова думка», 2006, с. 378. 6. Z.G. Wang et al. The sensitivity of metals under irradiation swift-heavy-ion irradiation: a transient ther- mal process //J. Phys.: Condens. Matter. 1994, v. 6, № 34, р. 6733-6750; M. Toulemonde. Nanometric phase transformation of oxide materials under GeV en- ergy heavy ion irradiation //Nucl. Instr. Meth. B. 1999, v. 156, № 1-4, р. 1-11; R. Neumann. Scanning probe microscopy of ion-irradiated materials //Nucl. Instr. Meth. B. 1999, v. 151, № 1-4, р. 42-55; S. Furuno et al. Tracks of high energy heavy ions in solids //Nucl. Instr. Meth. B. 1996, v. 107, № 1-4, р. 223-226; S.A. Karamian, Yu.Ts. Oganessian, V.N. Bugrov. The effect of high-energy ions heavier than argon on a ger- manium single crystal and a new mechanism for autore- crystallisation //Nucl. Instr. Meth. B. 1989, v. 43, № 2, р. 153-158; А.Ю. Дидык. Радиационное воздействие тяжелых ионов на хромоникеливую сталь при высо- ких температурах //Изв. РАН. Cep. «Металлы». 1995, № 3, с. 128-135. 7. F. Ziegler, J. Biersack, U. Littmark. The Stop- ping Powers and Ranges of Ions in Matter //Pergamon, N.Y., 1985, v. 1; L.C. Northclie, R.F. Shilling //Nucl. Data Tables. 1970, v. A7, № 3-4; I. Lindhard, M. Shar, H.E. Schiott // Mat. Fys. Medd. Dan. Vid. Selsk. 1963, v. 33, № 14, р. 1-42. 8. В.А. Бомко, А.Ф. Кобец, С.С. Тишкин и др. Вариант переменно-фазовой фокусировки с шаго- вым изменением синхронной фазы //ВАНТ. Серия ЯФИ. 2004, №2, с. 153-155. 9. V.A. Bomko, Y.V. Ivakhno. A new technique of tuning interdigital accelerating structure of the ion linear accelerator //Nuclear Instrumens & Methods in Physics Research. 2007, v. A 582, p. 374–377. 10. V.A. Bomko, A.F. Dyachenko, B.V. Zajtsev, et al. Inductance-capacitor system for tuning of interdigital structure of the ion linear accelerator //Problems of Atomic Science and Technology. Series «Nuclear Phys- ics Investigations». 2007, № 5, p. 180–183. 11. А. с. СССР № 265312. Линейный ускоритель ионов / В.В. Владимирский, И.М Капчинский, 285 В.А. Тепляков // Бюллетень ОИПТЗ, 1970, № 10, с. 75. 12. С.С. Тишкин. Комбинированная фокусиров- ка высокочастотным полем в линейных ускорителях ионов //Вестник ХНУ им. В.Н. Каразина. Сер. физ. «Ядра, частицы, поля». 2008, №808, в. 2(38), с. 37- 46. 13. M.L. Good. Phase-Reversal focusing in Linear Accelerators //Phys.Rev. 1953, № 2, р. 538-541. 14. Я.Б. Файнберг. Переменно-фазовая фокуси- ровка в линейных ускорителях //ЖТФ. 1959, т.29, в. 5, с. 568-569. 15. В.Г. Папкович, Н.А. Хижняк, Н.Г. Шулика. Переменно-фазовая фокусировка в линейном уско- рителе //ВАНТ. Серия ТФЭ. 1978, в. 2(2), с. 51-56. 16. С.С. Тишкин. Ускоряющий канал начальной части линейного ускорителя тяжелых ионов с ком- бинированной высокочастотной фокусировкой // ВАНТ. Серия ПЭ и НМУ. 2008. №4(6), с. 327-331. 17. В.А. Бомко, С.Н. Дубнюк, Б.В. Зайцев и др. Экспериментальный комплекс для изучения дефор- мации материалов под пучком ионов азота //ВАНТ. Серия ФРП и РМ. 2008, № 2, с. 187-190. 18. В.А. Бомко, А.М. Егоров, Б.В. Зайцев и др. Развитие комплекса ЛУМЗИ для ядерно-физических исследований // Problems of Atomic Science and Tech- nology. Series NPhI. 2008, № 3, p.100-104. 19. С.С. Тишкин, В.А. Бомко, С.Н. Дубнюк и др. ЛУМЗИ для радиационных исследований // Труды ICPRP. Алушта, Крым, 8-13.09.2008, с. 415-416. Статья поступила в редакцию 17.10.2008 г. РОЗВИТОК РАДІАЦІЙНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ НА ЛУМЗІ Б.В. Зайцев, В.О. Бомко, О.Ф. Дьяченко, А.П. Кобец, Ю.В. Мелешкова, Л.С. Ожигов, К.В. Павлій, О.О. Пархоменко, С.С. Тішкін Розглянуто питання про методичне забезпечення експериментальних робіт з радіаційного матеріалознавства на прискорювачи ЛУМЗІ. Для опромінення матеріалів протонами і іонами гелію створена нова начальна частина лінійного прискорювача важких іонів (ПОС-4). Для опромінення іонами важких металів (азоту, алюмінію, заліза, нікелю і т.д.) розрахований прискорююче-фокусуючий тракт початкової частини ЛУМЗІ з комбінованим фокусуванням ВЧ-полем (ПОС-15). Розроблені та створені експериментальні пристрої для опромінення конструкційних матеріалів та вивчення механічних властивостей (повзучість, релаксація напруг, активне деформування, розмірна стабільність) під пучком іонів. DEVELOPMENT OF RADIATING RESEARCHES ON MILAC В.V. Zajtsev, V.A. Bomko, O.F. Dyachenko, А.F. Kobets, Yu.V. Меlеshkova, L.S. Ozhigov, К.V. Pavlii, O.O. Parchomenko, S.S. Tishkin The question on methodical support of experimental works on radiating materiology on accelerator MILAC is considered. For an irradiation of materials protons and ions of helium create a new initial part of the linear accelera- tor of heavy ions (POS-4). For an irradiation by ions of heavy metals (nitrogen, aluminium, iron, nickel, etc.) it is calculated accelerating-focusing a fraction of initial part MILAC with the combined focusing by the RF-field (POS- 15). Experimental devices for an irradiation of constructional materials and studying of mechanical properties (creep, a relaxation of pressure, active deformation, dimensional stability) under a bunch of ions are developed and created.

Развитие радиационных исследований на ЛУМЗИ

Institution

Ähnliche Einträge