Россия является лидером в технологиях создания и эксплуатации ядерных реакторов на быстрых нейтронах, а развитие ядерной энергетики является одной из приоритетных задач Российской Федерации. Проблемой эксплуатации установок на быстрых нейтронах является высокий уровень радиационных повреждений конструкционных материалов, формирующих активную зону реактора. Эффективность быстрого реактора сегодня ограничена выгоранием используемого ядерного топлива, которое в свою очередь, лимитируется радиационной стойкостью оболочки тепловыделяющего элемента, а именно сопротивлением распуханию под действием нейтронного облучения. Уменьшение склонности материалов к радиационному распуханию или контроль данного процесса может существенно повысить эксплуатационные качества материалов. Последнее определяет экономическую эффективность эксплуатации реакторов на быстрых нейтронах, и, соответственно, уровень значимости предлагаемой работы.
Также необходимо отметить, что для некоторых внутрикорпусных элементов реакторов на быстрых нейтронах и водо-водяных реакторов, выполненных из аустенитных сталей, характерно накопление значительной повреждающей дозы за время эксплуатации. Стабильность структуры и свойств является необходимым условием для увеличения длительности безопасной эксплуатации элементов ядерных реакторов.
Таким образом, актуальность темы определяется необходимостью увеличения срока службы внутриреакторных конструкционных элементов и элементов АкЗ реакторов на быстрых нейтронах.
Степень разработанности темы исследования
Структурные повреждения материалов при попадании в них высокоэнергичных частиц подробно описаны и проанализированы в советской и российской литературе. Изменение структурного состояния металлических материалов под действием нейтронного и имитационного облучения в России глубоко исследовано следующими авторами: Конобеевский С.Т., Калин Б.А., Зеленский В.Ф., Воеводин В.Н., Рогожкин В.С., Марголин Б.З., Целищев А.В., Агеев В.С., Гощицкий Б.Н., Сагарадзе В.В., Залужный А.Г., Чернов В.М., Чернов И.И., Леонтьева-Смирнова М.В. и др. Большой вклад в практическое исследование радиационного распухания под действием нейтронов внесли Неустроев В.С., Чуев В.В., Козлов А.В., Портных И.А., Поролло С.И., Панченко В.Л. и др. Наибольший вклад в развитии данного направления на западе внесли Garner F.A., Zinkle S.J., Was G., Mansur L.K., R. E. Stoller, Maziasz P.J., Watanabe T., Wolfer, W. G., и др.
К настоящему времени накоплено и обобщено достаточно большое количество экспериментального материала об эволюции дефектов в материалах, длительно находящихся под воздействием быстрых нейтронов. Но, несмотря на имеющийся объем знаний, актуальной проблемой является повышение эксплуатационного ресурса твэлов реакторов на быстрых нейтронах, изготовленных из аустенитных сталей. Одним из известных способов повышения стойкости металлов к радиационному распуханию является использование холодной деформации на последнем этапе производства. В этом случае холодная деформация создает определенное мезоструктурное состояние, то есть приводящее к коллективизации линейных и плоских дефектов в объеме материала, которое приводит к положительному синергетическому эффекту в повышении стойкости аустенитных сталей к радиационному распуханию.
Известно, что дислокационная структура аустенитных сталей претерпевает серьезные изменения уже после небольшой накопленной повреждающей дозы, то есть в процессе облучения не является стабильной. Последнее противоречит большинству имеющихся моделей эволюции подобных систем. С другой стороны, границы зерен, границы двойников рекристаллизации и деформации, а также кристаллиты двойников деформации представляются как более стабильные элементы мезоструктуры, при этом обладающие большими удельными поверхностями. По-видимому, именно они определяют радиационное распухание аустенитных сталей, находящихся под действием нейтронного облучения.
Необходимо отметить, что в работах, исследующих радиационную пористость (характеристику распухания) малую часть на сегодня занимают работы, которые связывают процесс распухания со структурным, а именно мезоструктурным, состоянием исследуемого материала.
Цель работы: установление закономерностей формирования радиационно- индуцированных структурных изменений аустенитных сталей под действием нейтронного облучения в зависимости от их мезоструктурного состояния.
Задачи:
1. Разработка подходов и методик, позволяющих масштабно и количественно исследовать радиационную пористость и эффекты радиационных повреждений на конструкционных элементах и элементах АкЗ реактора.
2. Выявление особенностей формирования радиационной пористости аустенитных сталей в полях нейтронного облучения и градиента температуры.
3. Определение влияния межкристаллитных границ и дисперсных выделений на формирование радиационной пористости в структуре аустенитных сталей.
4. Установление влияния длительного нейтронного облучения на стабильность структуры и фазового состава аустенитных сталей.
