Введение к работе
Актуальность работы. Интерес к изучению взаимодействия изотопов водорода с различными материалами связан с непрерывно развивающимися программами исследований в области ядерной энергетики и управляемого термоядерного синтеза, которые ставят вопросы выбора, сравнительного анализа и прогнозирования поведения материалов в водородсодержащих средах, особенно в условиях высокоинтенсивньгх потоков ионизирующего излучения. Эта проблема имеет два аспекта - экологический, из-за возможности выхода удержанного трития из материалов термоядерного реактора в атмосферу, и экономический, из-за высокой стоимости трития, как топлива реактора синтеза. Рассматриваемая в работе проблема совместного воздействия изотопов водорода и реакторного облучения на бериллий при высокой температуре имеет большое значение для оценки накопления и удержания трития в материалах первой стенки термоядерного реактора.
Обоснование выбора объектов исследования и методики. В данной работе в качестве объекта исследований выбран бериллий — материал, который широко используется во многих областях науки и техники, особенно в реакторостроении. Бериллий в настоящее время является основным кандидатным материалом защитного покрытия первой стенки создаваемого международного реактора синтеза ИТЭР. Условия, в которых будет находиться бериллий, предполагают воздействие высокоинтенсивных потоков излучения и наличие изотопов водорода. Для изучения параметров взаимодействия изотопов водорода с бериллием выбран метод термодесорбционной спектроскопии (ТДС), как один из наиболее универсальных, чувствительных и информативных методов для исследования этих параметров у материалов с низкими коэффициентами диффузии изотопов водорода. Применение этого метода позволяет в одном эксперименте выделить основные механизмы взаимодействия
водорода с материалом, включая влияние поверхности и взаимодействие с дефектами, что особенно важно для облученных образцов.
Основная цель работы состояла в исследовании параметров удержания и вьщеления изотопов водорода для бериллия, насыщенного в процессе облучения, в определении влияния температуры насыщения и условий облучения на эти параметры.
Для достижения указанной цели решались следующие задачи:
-
создание внутриканального устройства для насыщения образцов водородом в процессе реакторного облучения и автоматизированного стенда для измерения характеристик газовыделения;
-
разработка методических приемов, позволяющих измерять параметры удержания и газовыделения изотопов водорода для перспективных конструкционных материалов реакторов деления и синтеза;
-
экспериментальное изучение параметров газовыделения изотопов водорода из бериллия при различных условиях его насыщения, в том числе при воздействии реакторного облучения;
-
создание пакета прикладных программ для управления экспериментом и обработки экспериментальных данных;
-
проведение электронно-микроскопических исследований образцов бериллия для определения корреляции между изменениями в спектрах газовыделения с изменениями структуры и поверхности образцов бериллия;
-
математическая обработка полученных экспериментальных данных, определение энергий активации процессов десорбции, высвобождения из различных ловушек и диффузии;
-
анализ возможных механизмов влияния реакторного облучения на параметры удержания и газовыделения изотопов водорода в бериллии.
Научная новизна данной работы заключается в следующем: 1. впервые определены параметры удержания изотопов водорода в
бериллии, насыщенном из молекулярной фазы в процессе реакторного облучения;
-
показано, что одновременное воздействие молекулярного водорода и реакторного облучения при высокой температуре приводит к большему удержанию изотопов водорода в бериллии, в сравнении с их последовательным воздействием;
-
проведены измерения водородопроницаемостн бериллия с одновременным контролем состояния поверхности методом Оже-электронной спектроскопии, определены коэффициенты диффузии изотопов водорода в бериллии;
-
показано, что изменение параметров облучения, таких, как скорость набора флюенса и спектр реакторного излучения, может привести к изменению накопления изотопов водорода в бериллии;
-
обнаружена корреляция между изменениями в состоянии поверхности и количеством удержанного водорода.
Практическая ценность полученных в данной работе результатов состоит:
в возможности использования созданной аппаратуры и методики в организациях и предприятиях, занимающихся вопросами накопления изотопов водорода в конструкционных материалах реакторов деления и синтеза, в частности, в ИАЭ и ИЯФ НЯЦ РК, а также в организациях РФ: НИИЭФА им. Ефремова, РНЦ "Курчатовский институт" и МИФИ;
в использовании полученных данных по накоплению изотопов водорода в бериллии для оценки безопасности и экономичности работ создаваемого реактора ИТЭР.
На защиту выносится:
экспериментальные результаты по параметрам взаимодействия
изотопов водорода с бериллием;
значения вычисленных коэффициентов диффузии, энергий активации процессов газовыделения изотопов водорода из бериллия, подвергнутого различным видам внешних воздействий;
методика исследования взаимодействия изотопов водорода с конструкционными материалами в условиях реакторного облучения и экспериментальный автоматизированный комплекс, созданный для этих целей;
возможные механизмы удержания изотопов водорода в бериллии при воздействии реакторного излучения.
Апробация работы. Результаты исследований, рассмотренные в данной работе, докладывались на IV Международной конференции "Исследование и разработка конструкционных материалов для реакторов термоядерного синтеза", Дубна, 1990; Международной конференции "Ядерная энергетика в космосе. Ядерные ракетные двигатели" (г. Семипалатинск-21, 1992г.), Международной конференции "Ядерная энергетика в космосе. Материалы, топливо" (г. Подольск, 1993). 18-ом симпозиуме по технологиям синтеза, Карлсруэ, Германия; научно-практической конференции "20 лет энергетического пуска реактора ИВГ-1", Семипалатинск, 1995; 7-ой Международной конференции пс материалам реакторов синтеза, Обнинск, Россия, 1995, 6-ой Всероссийской конференции "Инженерные проблемы термоядерньо реакторов", Санкт-Петербург, Россия, 1997.
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 1' научных работах, список которых приведен в конце автореферата.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения четырех глав, выводов, и списка цитируемой литературы. Работа содержи: 142 страницы, в том числе 104 страницы основного текста, 35 рисунков і список цитируемой литературы из 112 наименований.
