Воздействие нейтронного облучения на различные материалы

Радиационная ползучесть сталей проявляется при температуре 300–500 °С, когда роль термической ползучести еще пренебрежимо мала. Один из возможных механизмов радиационной ползучести — механизм переползания, т. е. скольжения дислокаций. Установившаяся скорость радиационной ползучести пропорциональна приложенному напряжению и повреждающей дозе.

Длительная прочность радиационно стойких аустенитных и ферритной сталей иллюстрируется на рис. 26.9. Аустенитные стали имеют достаточно высокую длительную прочность при 670–700 °С за счет легирования Mo, введения Nb, микродобавок В (0,003–0,008 %). Длительная прочность хромистой жаропрочной стали ниже, чем аустенитных, что связано с более высокой диффузионной подвижностью атомов в ОЦК-решетке. Легирование Mo, Nb, V и B увеличивает прочность лишь при 600–650 °С.

Изменение свойств сталей при низких температурах при облучении называют низкотемпературным радиационным охрупчиванием (НТРО). К НТРО склонны ферритные и ферритно-мартенситные стали и в меньшей степени аустенитные коррозионностойкие стали, что связано с особенностями дислокационной структуры и фазовых превращений в феррите.

В области, где температура составляет более 0,55 температуры плавления сталей, наблюдается высокотемпературное радиационное охрупчивание (ВТРО). ВТРО проявляется в необратимом уменьшении относительного удлинения (до 3–5 %) и преобладании межзеренного разрушения.

РАДИАЦИОННАЯ СТОЙКОСТЬ, способность материалов сохранять исходный хим. состав, структуру и свойства в процессе и (или) после воздействия ионизирующих излучений (ИИ).

радиационная стойкость существенно зависит от вида радиации, величины и мощности поглощенной дозы, режима облучения (непрерывное или импульсное, кратковременное или длительное), условий эксплуатации материала (т-ра, высокое давление. мех. нагрузки, магнитное или электрич. поле), размеров образца материала, его уд. пов-сти и др. факторов. На практике изменение свойств материала сопоставляется с величиной, характеризующей величину воздействующего излучения, например с потоком (флюенсом) нейтронов или поглощенной дозой ИИ. Количеств. характеристикой часто служит также макс. (предельное) значение поглощенной дозы и (или) мощности поглощенной дозы излучения, при котором материал становится непригодным для конкретных условий применения или до заданной степени меняет значение к.-л. характерного параметра. Обычно проводят ускоренные радиац. испытания в лаб. условиях, имитирующих эксплуатационные.

Возникающие в результате радиац.-индуцир. процессов ионы и своб. электроны могут участвовать в сложных цепях физ.-хим. превращений (образование новых молекул и своб. радикалов, изменение кристаллич. структуры и др.), совокупно приводящих к изменению мех., электрич., мат., оптич. и др. свойств материалов. Изменения в материалах м. б. обратимыми или необратимыми и произойти как непосредственно вслед за радиац. воздействием, так и в течение длит, времени после акта облучения.

Станки металлорежущие фрезерные Восстановление и комплектация станков всех типов. Наличие. Оптовикам скидки stanki-i.ru

Радиац. стойкость неорг. веществ зависит от кристаллич. структуры и типа хим. связи. Наиб. стойки ионные кристаллы. Плотные структуры с высокой симметрией наиб. устойчивы к воздействию излучений. Для стекол характерно изменение прозрачности и появление окраски; возможна кристаллизация. Силикаты начинают изменять свойства после облучения флюенсом нейтронов ~10¹⁹ см^-2. В результате облучения происходят: анизотропное расширение кристалла. аморфизация его структуры, уменьшение плотности, упругости, теплопроводности и др. свойств. Оксиды при облучении нейтронами меняют свои свойства аналогично силикатам. но в меньшей степени. В свойствах бетонов существ. изменения отсутствуют при облучении флюенсом нейтронов до 3·10¹⁹см^-2.

Св-ва металлов изменяются в зависимости от повреждений кристаллич. решетки. Одиночные дефекты обычно упрочняют металл, но снижают его пластичность. Электрич. сопротивление металлов или сплавов возрастает за счет образования дефектов, хотя в сплавах возможно и уменьшение электрич. сопротивления, если радиац. воздействие приводит к упорядочению структуры. В полупроводниках всегда имеется некоторая равновесная при определенной температуре концентрация точечных дефектов. Под действием облучения она увеличивается, что приводит к изменению электрич. и оптич. свойств полупроводников.

Радиац. стойкость орг. материалов принято определять величиной радиац.-хим. выхода продуктов радиолиза, образующихся при поглощении 100 эВ энергии ИИ (см. Радиационно-химический выход), Взаимод. ИИ с орг. соед. сопровождается образованием промежут. активных частиц, деструкцией, окислением, сшиванием, газообразованием, деполимеризацией (для полимеров) и т.д. Низкой радиац. стойкостью обладают вещества, содержащие связи С—F, С — Si, С—О. Наличие в молекуле двойных и сопряженных связей, ароматич. колец и гетероциклов увеличивает радиационная стойкость Наиб. значит изменения структуры полимерных материалов под действием ИИ происходят при деструкции или сшивании молекул полимера.

Р с., в т. ч. полимеров, зависит и от кол-ва растворенного в них О₂ воздуха и скорости его поступления из окружающей среды; в его присутствии происходит радиац.-хим. окисление вещества. В результате этого существенно изменяются хим. и термич. стойкость веществ, предел прочности и модуль упругости, диэлектрич. проницаемость, электрич. прочность и электрич. проводимость

Обратимые изменения в орг. материалах обусловлены установлением стационарного равновесия между генерированием нестабильных продуктов радиолиза и их гибелью и зависят от мощности дозы. Так, электрич. сопротивление орг. изоляционных материалов с увеличением мощности дозы падает на неск. порядков. При больших дозах снижение остаточного электрич. сопротивления носит необратимый характер. У мн. полимерных материалов, облученных дозами до 10⁶ Гр, исходная электрич. проводимость меняется в неск. раз. При дозе 10⁴ Гр необратимые изменения, как правило, незначительны. В орг. полимерных материалах может возникать послерадиац. старение, которое обусловлено в осн. хим. реакциями образовавшихся своб. радикалов с О₂ воздуха. Радиац. стойкость полимерных диэлектриков ограничивается, как правило, их мех. свойствами, т. к. они становятся хрупкими и теряют способность нести мех. нагрузки после доз, не вызывающих существ. изменений электрич. свойств.

В табл. приведены значения дозы облучения, вызывающие заметные (до 50%) изменения свойств некоторых материалов.

Для повышения радиационная стойкость обычно используют пассивную защиту (экранирование), физ.-хим. модификацию материала, радиац.-термич. обработку. Использование защитного экранирования снижает степень воздействия ИИ на материал. Таким путем в весьма широких пределах можно "повысить" стойкость любого материала. При физ.-хим. модификации в материал вводят добавки-напр. антиоксиданты или ттшрады таким путем радиац. стойкость м. б. повышена в 7-20 раз. Предварительная радиац.-термич. обработка-облучение и отжиг-позволяет увеличить радиац. стойкость металлич. материалов в 10-50 раз.

11 2.4. Получение аморфных металлических сплавов