12. Радиационное облучение материалов и конструкций

12.1. Методика определения сдвига критической температуры хрупкости

12.1.1. Общие положения

Сдвиг критической температуры хрупкости вследствие влияния облучения вычисляют по формуле

T_F = T_кF – T_ки, (12.1)

где T_F  0; T_кF — критическая температура хрупкости материала после облучения; T_ки — критическая температура хрупкости материала в исходном (до облучения) состоянии.

Коэффициент радиационного охрупчивания определяют из соотношения

A_F = T_F (F_n/F₀)ⁿ, (12.2)

где F_n — перенос нейтронов с энергией E > 0,5 МэВ; F₀ = = 10²² нейтр./м²; n — коэффициент.

12.1.2. Облучение образцов

Облучение образцов можно проводить как в исследовательских, так и в энергетических реакторах, как в сухих ампулах, так и в потоке теплоносителя. Образцы-свидетели, загружаемые в корпус ядерного энергетического реактора, размещают в герметичных контейнерах, собираемых в гирлянду. При облучении образцов, загружаемых в реактор в герметичных ампулах, должен быть обеспечен надежный отвод тепла от образцов с помощью наполнителей (алюминий, гелий, натрий или другие). Отклонение температуры от заданной при облучении на стационарном режиме не должно превышать 10 С.

При облучении образцов в негерметичных ампулах температура облучения контролируется по температуре теплоносителя на входе и выходе из активной зоны или технологического канала.

Плотность потока быстрых нейтронов с энергией Е  0,5 МэВ по высоте размещения образцов, предназначенных для нахождения T_F при выбранном значении переноса нейтронов, не должна различаться более чем на 15 %. Перенос быстрых нейтронов, воздействующих на образцы, определяется с помощью активационных индикаторов. Количество индикаторов выбирается в зависимости от геометрии и размеров облучательного устройства, но не менее трех (в центре и по краям).

Отчет о проведении облучения должен содержать следующие основные данные:

1) номенклатуру и порядок размещения образцов в реакторе;

2) энергетический спектр нейтронов в месте размещения образцов в реакторе;

3) значения температуры образцов в процессе облучения, тип термопар и способ их крепления.

4) распределение температуры по высоте облучательного устройства за весь период облучения;

5) тип индикаторов для определения переноса нейтронов и их распределение;

6) график работы реактора с остановками на планово-предупредительный ремонт;

7) давление, температуру, скорость и химический состав теплоносителя и их изменения в процессе облучения образцов;

8) приведенное к 100 % мощности реактора время облучения образцов.

После облучения образцов в контакте с теплоносителем необходимо сделать заключение о внешнем виде образцов; проанализировать содержание и распределение в образцах водорода; дать заключение о коррозионном воздействии теплоносителя на материал образцов.

12.1.3. Проведение испытаний и обработка результатов

Испытания на ударный изгиб образцов из материалов в исходном и облученном состояниях должны проводиться на одном и том же оборудовании. Количество образцов для испытания материала в одном состоянии (облученном или необлученном) должно соответствовать количеству образцов, требуемому для определения критической температуры хрупкости согласно нормам [1]. В любом случае для построения одной температурной зависимости KCV допускается использовать данные испытаний количества образцов не менее 12.

Если количество облученных образцов одной серии (при одном флюенсе) является недостаточным для определения критической температуры хрупкости в полном соответствии с указаниями норм [1], то обработку экспериментальных данных испытаний облученных и необлученных образцов проводят в следующем порядке.

1. Строят график зависимости ударной вязкости (KCV) от температуры испытаний Т, используя уравнение

, (12.3)

где А — среднее значение KCV между верхним KCV_max и нижним KCV_min значениями ударной вязкости; B = (KCV_max – KCV_min)/2; Т₀ — температура, соответствующая значению А; С — эмпирическая константа. Значения А, В, С и Т₀ вычисляют методом наименьших квадратов. На график наносят экспериментальные значения ударной вязкости для каждого из испытанных образцов. Построенные по уравнению (12.3) графики являются исходной информацией для определения критической температуры хрупкости.

2. Выбирают критериальное значение ударной вязкости (KCV)₁ по известному значению предела текучести материала образца в исходном состоянии (при нахождении значения Т_ки) или после облучения (при установлении значения T_кF) при температуре 20 С в соответствии со значениями, указанными в нормах [1]. При этом каждое из указанных в нормах [1] значений предела текучести принимается как среднее значение, если для его определения использовалось не менее трех образцов, и как максимальное, если для его определения использовалось два образца.

3. Откладывают значение (KCV)₁ на графике KCV — Т на оси ординат (ось KCV). Через полученную точку проводят линию, параллельную оси абсцисс (ось температур), до пересечения с кривой ударной вязкости. Температура, соответствующая точке пересечения, обозначается Т₁.

4. Откладывают значение 1,5(KCV)₁ на графике KCV — Т на оси ординат. Через полученную точку проводят линию, параллельную оси абсцисс, до пересечения с кривой ударной вязкости. Температура, соответствующая точке пересечения, принимается за температуру Т₂.

5. Если разность температур (Т₂ – Т₁) окажется меньше 30 С, то температуру Т₁ принимают в качестве значения Т_ки или T_кF (для исходного и облученного состояний соответственно).

6. Если условие п. 5 не выполняется, то в качестве Т_ки или T_кF принимают значение Т₂ – 30 С.