Transcript Atomreaktorok anyagai - DE Műszaki Kar

ATOMREAKTOROK ANYAGAI
5. előadás
Dr. Trampus Péter
egyetemi tanár
06 20 9855970
[email protected]
Atomreaktorok anyagai
Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév
Sugárzás és anyag kölcsönhatása
Atomreaktorokban keletkező radioaktív sugárzások:
•
•
•
•
Neutron (n)
Alfa (α)
Béta (β)
Gamma (γ)
Jelentőségük különböző!
Atomreaktorok anyagai
Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév
Kölcsönhatás természete
• Az anyag megváltoztatja a rajta áthaladó
sugárzás tulajdonságait
– intenzitását csökkenti,
– fékezi
– energiáját csökkenti
• Radioaktív sugárzás megváltoztatja az anyag
szerkezetét
– Fizikai / kémiai változásokat eredményez
Atomreaktorok anyagai
Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév
Radioaktív sugárzások
Alfa (α) sugárzás:
• transzuránok bomlásának következménye
• kis hatótávolságú,
• intenzitása kicsi
Béta (β) sugárzás:
• hasadási termékek β bomlása
• kis hatótávolságú
• intenzitása kicsi
Gamma (γ) sugárzás:
• maghasadás, hasadványok, transzuránok, szerkezeti
anyagok felaktiválódása
• hasonló a n sugárzás hatásához, de hatékonysága 1:1000
• hőfejlődést okoz
Atomreaktorok anyagai
Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév
Neutron sugárzás hatása (fémekben)
• Magreakciók
– Transzmutáció (atomátalakítás) → idegen atomok jelennek meg
– Ez a változás kicsi
• Rácsatommal való rugalmas ütközés
– Kilökés → vakancia + intersztíciós atom (Frenkel pár) Ek = 40 eV
– További kilökések (kaszkád), szekunder effektus
– Termikusan aktivált folyamatok felgyorsulása (diszlokáció reakciók,
diffúzió,...)
– Ez a lényeges változás
• Helyreállítás (rekombináció) folyamata is lejátszódik
Atomreaktorok anyagai
Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév
Neutron sugárzás energia spektruma
• Gyors neutronok
– E = 0,1 – 15 MeV
• Közepes energiájú neutronok
– E ≈ 0,5 eV – 0,5 MeV
• Termikus neutronok
– E < 0,5 eV
Atomreaktorok anyagai
Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév
GYORS NEUTRONOK
fématomok
Elsődleges
sugárkárosodási
folyamatok
(~10-15 – 10-12 s)
rugalmas
ütközés
Frenkel
párok
rugalmatlan
ütközés
elmozdulás
kaszkádok
nukleáris
reakciók
diszlokáció sűrűség növekedése,
diffúzió képesség növekedése
Károsodás
halmozódása
(~10-10 – 109 s)
Mechanikai
tulajdonságok
változása
mátrix károsodása
(diszlokáció hurkok,
fürtök…)
mátrix precipitációs
keményedése
(Cu, Mn, Ni, P…)
szemcsén belüli és
szemcsehatáron
történő
szegregáció (P)
mátrix szilárdság növekedése,
szemcsehatár menti
Atomreaktorok anyagai
szívósság
vesztése
Debreceni
Egyetem,
Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév elridegedés
Károsodás jellemzése
Károsodási paraméterek:
• dpa = displacement per atom (egy atomra eső
kilökött atomok száma)
N dpa t ir  
tir 
   E E, t dEdt
dpa
0 0
• Gyors neutron fluencia (F), E > 0,5/1,0 MeV
F
 tir
  E , t dEdt
Ek 0
Atomreaktorok anyagai
Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév
Mechanikai tulajdonságok megváltozása
Atomreaktorok anyagai
Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév
Károsodás előrejelzése (trendgörbe)
Atomreaktorok anyagai
Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév
Szívós-rideg átmeneti hőmérséklet növekedése
Atomreaktorok anyagai
Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév
Trendgörbe általános alakja
Tk  AKÖ, Ts , F  C
n
ahol
A
paraméter
KÖ
kémiai összetétel
Φ
neutron fluxus
F
neutron fluencia
Ts besugárzási hőmérséklet
n, C kitevő, állandó
Atomreaktorok anyagai
Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév
VVER-440 trend görbék
• Általános alak
Tk  AF  F
n
• PNAE G-7-002-86
Tk  800 CP  0,07CCu   F
1
3
• Nikolaev et al., 2002
Tk  15,5  1020 CP  0,019   50CCu  0,04  F
• IAEA-TECDOC-1442, 2005
Tk  8001,11CP  0,064CCu   F
Atomreaktorok anyagai
Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév
0, 29
1
3
Charpy ütővizsgálat
Atomreaktorok anyagai
Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév
Ridegedési hajlam - átmeneti hőmérséklet
• Fogalma: szívós állapotból rideg állapotba való átmenet
hőmérséklete
• Meghatározása: különböző hőmérsékleteken elvégzett
dinamikus ütve-hajlító vizsgálattal (Charpy)
• Kiértékelése:
–
–
–
–
előírt ütőmunka érték alapján (KV = 40 J)
a törésre fordított munka-hőmérséklet görbe inflexiós pontjával
a töretfelület arányával
a laterális expanzió alapján
Atomreaktorok anyagai
Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév
Besugárzás hatása az ütőmunka-hőmérséklet
görbére
Atomreaktorok anyagai
Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév
Paksi Atomerőmű 1. blokk reaktortartály
varratfém eredmények
180
Ütőmunka, J
160
140
besugárzatlan
120
1 év besugárzás
100
2 év besugárzás
3 év besugárzás
80
4 év besugárzás
60
termikusan
öregített
0
40
20
1
0
-50
0
50
100
150
Atomreaktorok°C
anyagai
Hőmérséklet,
200
Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév
2
250
3
4
4 év termikusan
Neutronsugárzás hatása
Ütőmunka és
szívós-rideg átmeneti hőmérséklet
Törési szívósság
Atomreaktorok anyagai
Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév
Szívós-rideg átmenet (1)
Anyagminőség: 22NiMoCr37
Atomreaktorok anyagai
Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév
Szívós-rideg átmenet (2)
képlékeny
elcsúszás
hasadás
Atomreaktorok anyagai
Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév
VVER-440 reaktortartály anyagok törési
szívósság eredményei
Atomreaktorok anyagai
Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév
Szakítóvizsgálatból mért jellemzők változása
Atomreaktorok anyagai
Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév