Введение 15
1 Теоретическая часть 17
1.1 Типы дефектов в твердых телах 17
1.1.1 Нульмерные дефекты 17
1.1.2 Одномерные дефекты 18
1.1.3 Двумерные дефекты 19
1.1.4 Трёхмерные дефекты 20
1.2 Радиационные дефекты в циркониевых сплавах 21
1.2.1 Условия образования радиационных дефектов 21
1.2.2 Источник дефектов 22
1.2.3 Радиационный рост 23
1.2.4 Радиационное распухание 23
1.2.5 Радиационные упрочнение и охрупчивание 24
1.2.6 Радиационная ползучесть 25
1.3 Методы позитронной аннигиляции для исследования дефектов 26
1.3.1 Позитрон 26
1.3.1.1 Источники позитронов 29
1.3.1.1.1 в-распад 29
1.3.1.1.2 Космические лучи 30
1.3.1.1.3 Рождение электрон-позитронных пар 31
1.3.2 Физические основы методов позитронной аннигиляции 33
1.3.2.1 Электрон-позитронная аннигиляция 33
1.3.2.2 Термализация позитрона 33
1.3.2.3 Диффузия позитрона 34
1.3.2.4 Методы исследования 34
1.3.2.4.1 Спектрометрия времени жизни (СВЖ) позитронов 34
1.3.2.4.2 Спектрометрия Допплеровского уширения аннигиляционной линии (ДУАЛ) 35
2 Экспериментальная часть 37
2.1 Материалы и методы исследования 37
2.1.1 Циркониевый сплав и подготовка образцов 37
2.1.2 Влияние деформации на показатели позитронной аннигияции 38
2.1.3 Влияние отжига на дефектную структуру 40
2.1.4 Методы исследования 40
2.1.4.1 Спектрометр времени жизни позитронов 41
2.1.4.2 Спектрометр Допплеровского уширения аннигиляционной линии 42
2.2 Результаты и обсуждения 44
2.2.1 Исследование деформированных образцов 44
2.2.1.1 Анализ ДУАЛ 44
2.2.1.2 Анализ СВЖ позитронов 47
2.2.2 Исследование образцов после отжига 49
3 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение 52
3.1 Потенциальные потребители результатов исследования 52
3.2 Анализ конкурентных технических решений 54
3.3 Структура работ в рамках научного исследования 57
3.4 Определение трудоемкости выполнения работ 60
3.5 Разработка графика проведения научного исследования 61
3.6 Расчет материальных затрат научно-технического исследования 65
3.7 Расчет затрат на специальное оборудование для научных работ 67
3.8 Заработная плата исполнителей темы 68
3.9 Отчисления во внебюджетные фонды 69
3.10 Накладные расходы 70
3.11 Формирование бюджета затрат научно-исследовательского проекта 71
3.12 Определение эффективности исследования 72
3.13 Выводы по финансовой части 74
4 Социальная ответственность 75
4.1 Проблемы безопасности 75
4.2 Техногенная безопасность 77
4.2.1 Микроклимат 77
4.2.2 Электромагнитные поля 79
4.2.3 Электрическое напряжение 80
4.2.4 Воздействие высокой температуры 80
4.3 Региональная безопасность 81
4.4 Организационные мероприятия обеспечения безопасности 82
4.5 Особенности законодательного регулирования проектных решений 83
4.6 Безопасность в чрезвычайных ситуациях 85
4.7 Выводы по социальной ответственности 86
Заключение 87
Список использованных источников 89
Циркониевые сплавы находят применение в качестве конструкционных материалов в ядерной энергетике. В частности, сплав Zr1Nb применяется для изготовления тепловыделяющих элементов (ТВЭЛов) в водо-водяных энергетических реакторах (ВВЭР). В процессе эксплуатации, в оболочках ТВЭЛов образуются дефекты от двух источников. Во первых, оболочки ТВЭЛов подвергаются облучению нейтронами и накапливают в себе радиационные дефекты. Во вторых, водород проникает в оболочки ТВЭЛов и создает в них т.н. водород-индуцированные дефекты [1]. Данные факторы приводят к снижению срока эксплуатации ТВЭЛов в ядерных реакторах (ЯР). Таким образом, исследование радиационных дефектов и водород-индуцированных дефектов в славах Zr1Nb является актуальной задачей для продления срока службы оболочек ТВЭЛов. Объектом данного исследования являются радиационные дефекты.
Для исследования дефектной структуры, в данной работе применялись методы электрон-позитронной аннигиляции. Электрон-позитронная аннигиляция (ЭПА) это процесс преобразования между массой и энергией частиц. Методы ЭПА используют аннигиляционное излучение конденсированной материи для того чтобы получить информацию о микроструктуре, распределении электронов по импульсам и типах дефектов в материале. Методика позитронов имеет много преимуществ в изучении вещества. Она обеспечивает неразрушающий метод, потому что информация передается через аннигиляционное излучение. При реализации данных методов нет необходимости в специальной подготовке образцов. Самым главным преимуществом методов ЭПА является их высокая чувствительность к изменениям дефектной структуры материалов (10- вакансий/атом) [2].
Для того чтобы проводить исследования радиационных дефектов материала, необходимо проводить облучение материалов на реакторе в течение длительного срока. Данные эксперименты требуют много финансовых и временных затрат. В связи с этим актуальной проблемой также является разработка методов имитации радиационных дефектов. Один из таких методов имитации был разработан на базе ВНИИНМ им. А.А. Бочвара [3]. При имитации, исследователи из данного центра ориентируются на механические свойства материала, которые после имитации становятся идентичными механическим свойствам материала после облучения. Однако, на сегодняшний момент не известно о реальном состоянии дефектной структуры материала после подобных имитационных экспериментов.
Таким образом, целью данной работы является: исследование дефектной структуры циркониевого сплава после воздействия, имитирующего радиационное разрушение.
Для достижения поставленной цели необходимо было выполнить следующие задачи:
1. определение времени жизни позитрона в дислокациях циркония.
2. определение соотношения различных типов дефектов в образцах после имитации.
В ходе проделанной работы было изучено влияние имитационного отжига и холодной прокатки на дефектную структуру циркония. После холодной прокатки сплава Э110 (Zr1Nb) в спектре имеются не только дислокации, но и дислокационные петли. Насыщенный захват позитронов дислокациями наблюдается уже при 5 % деформации. При 10 % деформации наблюдается возникновение дислокационных петель в структуре циркония. При ситуации насыщенного захвата, время жизни позитрона в дислокации циркония составило 236 пс. Данный результат, полученный впервые, был использован для обработки спектров времени жизни позитронов в образцах циркония Э110 и Э125 после имитационного отжига.
В ходе проделанной обработки было изучено влияние температурного отжига, как имитационного метода создания радиационных дефектов в сплавах циркония Э110 и Э125. После имитационного отжига сплава Э110 (Zr1Nb) в спектре имеются только дислокации. Согласно литературным данным [42], - радиационными дефектами являются вакансии и междоузельные атомы, а также кластеры. После имитационного отжига сплава Э125 (Zr2,5Nb) в спектре имеются как вакансии, так и дислокации. Таким образом, можно сделать вывод, что метод имитационного отжига является успешным для сплава Э125.
Помимо этого, было показано, что для исходного сплава Э110 (Zr1Nb) и сплава Э125 (Zr2,5Nb) технологический отжиг не удаляет все дефекты, поэтому данный метод отжига не является оптимальным для удаления дефектов. Возможно, хорошим решением будет продлить время отжига сплава в состоянии поставки Э125 и Э110 или увеличить температуру отжига.
В образце Zr1Nb (имитационный) имеются только дислокации. Это говорит о том, что либо в образце не было вакансий, либо вакансии в образце диффундировали и сформировали дислокации в процессе имитационного отжига. Т.к. в Zr2,5Nb (имитационный) имеются вакансии, то я склоняюсь утверждать, что в сплаве Э110 (имитационный) вакансии также имелись в процессе имитации. В этом случае можно предположить, что наличие большего количества ниобия в сплаве Э125 закрепляет движение дефектов (как дислокаций, так и вакансий) при термической обработке. Это объясняет наличие дислокаций и вакансий в имитационном образце Э125. Таким образом, можно сделать предположение о том, что длительный отжиг циркониевых сплавов Э110 и Э125 при температуре 400 °С приводит к формированию вакансий, которые в дальнейшем также коагулируют в дислокации, что в принципе может происходить во время облучения данных материалов нейтронами.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
