Введение к работе
Актуальность работы
Гелий оказывает существенное влияние на радиационную повреждаемость материалов и часто может быть причиной значительного ухудшения свойств и сокращения срока службы конструкционных элементов ядерных и термоядерных реакторов В связи с этим поведению гелия в различных материалах уделяется большое внимание В настоящее время исследования структуры и свойств материалов, содержащих гелий, выявило ряд особенностей и определенных закономерностей К таким эффектам относятся влияние гелия на радиационное распухание, высокотемпературное и низкотемпературное радиационное упрочнение и охрупчивание, радиационно-ускоренную ползучесть Для прогнозирования работоспособности материалов в условиях накопления значительной концентрации трансмутационных или внедренных из внешней среды газов недостаточно знать только их влияние на радиационные эффекты, но требуются сведения о поведении самих газов в зависимости от различных внутренних и внешних факторов
В настоящие время не только в нашей стране, но и во всем мире возникает огромный интерес к созданию моделей, достаточно точно описывающих структурные изменения, происходящие в облученных материалах Отсутствие таких моделей не позволяет с достаточной достоверностью прогнозировать их ресурсные возможности в процессе эксплуатации
В этой связи, построение физических моделей, описывающих поведение гелия в твердых тела, нахождение параметров моделей и использование разработанных моделей для определения ресурса конструкционных материалов ядерных и термоядерных реакторов, является весьма актуальным направлением исследования
Целью работы является разработка физико-математической модели термодесорбции газа из твердого тела и использование ее для описания экспериментов по выходу гелия из облученных реакторных материалов
Для достижения поставленной цели решались следующие научно -технические задачи
-
Разработка модели выхода газа гелия из твердого тела, учитывающая реакционную и диффузионную составляющую выхода гелия
-
Разработка методики определения параметров центров накопления гелия из обработки экспериментальных данных по спектрам термодесорбции
-
Обработка экспериментальных спектров термодесорбции карбида бора, карбида кремния, вольфрама, никеля, ванадия, с целью нахождения энергий активации процесса выхода гелия
-
Разработка модели выхода гелия под оболочку облученного нейтронами поглощающего элемента с порошковой засыпкой из карбида бора
Научная новизна:
-
Предложена физико-математическая модель, имеющая точное математическое решение, для описания экспериментальных данных спектров термодесорбции гелия, позволяющая получить энергию активации выхода гелия при диффузионном и реакционном механизмах Проведена обработка широкого ряда экспериментальных спектров термодесорбции с целью нахождения энергии активации выхода гелия
-
Впервые предложена модель, позволяющая получить распределение давления гелия по длине поглощающего элемента с засыпкой из карбида бора в условиях проектной аварии
-
Впервые найдены коэффициенты просачиваемости гелия через облученный и необлученный нейтронами порошок карбида бора
Практическая ценность:
-
На основе разработанной модели создана расчетная программа для нахождения энергий активации выхода гелия из экспериментальных данных по спектрам термодесорбции
-
Из обработки экспериментальных данных по спектрам термодесорбции найдены энергии активации выхода гелия из таких материалов как карбид бора, карбид кремния, вольфрам, никель, ванадий Создана база данных по спектрам термодесорбции гелия из твердых тел
-
Найден кинетический коэффициент просачиваемости гелия через облученный и необлученный нейтронами порошок карбида бора.
-
На основе разработанной модели создана расчетная программа для прогнозирования давления гелия под оболочкой поглощающих элементов с засыпкой из карбида бора, позволяющая проводить моделирование номинальных и аварийных режимов эксплуатации.
Положения, выносимые на защиту:
-
Предложенная физико-математическая модель позволяет описать кинетику выхода гелия из твердых материалов с учетом двух процессов -термоактивационного выброса гелия из центров накопления и его последующей диффузии к поверхности
-
Накопление гелия в облученном нейтронами карбиде бора происходит на двух центрах накопления Центр накопления гелия в облученном В4С, разрушающийся при 100-150 С, характеризуется энергией активации разрушения 0 23 эВ Центры накопления гелия, разрушающиеся при 800-1000 С, характеризуются энергией активации 0 65-0 75 эВ
3. Аварийный разогрев поглощающих элементов (пэл) водо-водяных энергетических реакторов (ВВЭР) может привести к существенному
выходу гелия, накопленного в объеме порошка карбида бора, под оболочку пэл и создать давление, превышающее давление теплоносителя
Достоверность результатов:
Достоверность полученных результатов подтверждается согласием использованных адекватных физико-математических моделей при описании широкого экспериментального спектра данных, полученных независимыми исследователями
Апробация работы и публикации:
Основное содержание работы представлены на научных семинарах и конференциях на физико-техническом факультете в Ульяновском государственном университете По материалам диссертации были представлены доклады на Координационном научно техническом совете по реакторному материаловедению и научном отраслевом семинаре. «Физическое моделирование изменения свойств реакторных материалов в номинальных и аварийных условиях» (Троицк -2003г Обнинск - 2004г, Димитровград - 2005г )
По результатам выполненных исследований опубликовано 8 печатных работ
Личный вклад автора:
В диссертационной работе изложены результаты, полученные как лично автором, так и в соавторстве Основные теоретические положения разработаны совместно с Д Н Сусловым и В В Светухиным Численное моделирование, обработка экспериментальных данных, построение общей модели по выходу газа гелия из облученного материала и нахождение параметров модели выполнено автором самостоятельно
Структура диссертации:
Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав с приложением, обсуждением исследований, выводов, списка литературы Работа содержит 111 страниц, 28 рисунков, 20 таблиц, 127 источников литературы
