Ценим
ПРОШЛОЕ,
работаем
на БУДУЩЕЕ

До юбилея Первой в мире АЭС

  Дней
  Часов
  Минут
  Секунд
70 лет со дня пуска Первой в мире АЭС

Научная информация

Книги, препринты, материалы конференций

Роль термических пиков (областей локального плавления) в радиационном распухании металлов

УДК 621.039.531

Читать препринт полностью

Авторы

Соловьёв В.А., Тарасиков В.П.

Аннотация

Предлагается модель радиационного распухания металлов, которая основана на представлении об образовании локальных областей плавления в матрице твёрдого тела и имеющихся экспериментальных и теоретических данных. При нейтронном облучении нейтрон, упруго взаимодействуя с атомом конструкционного материала, передаёт ему часть энергии, образуя так называемый первично выбитый атом (ПВА). Этот атом, обладая большой энергией, полученной от нейтрона, передает её своим соседям в результате каскада соударений. В процессе соударений происходит переход кинетической энергии в тепловую, в результате чего происходит разогрев атомов каскадной области и переход части атомов в жидкое состояние. Увеличение объёма каскадной области, связанное с расширением при разогреве и плавлении, происходящее в короткое время, равносильно микровзрыву. Микровзрыв приводит к деформации окружающей матрицы. В результате закалки на месте каскада (микровзрыва) остаётся пора или область разрыхления, а в окружающей пору области — дислокации, полученные в результате деформации.

Ключевые слова

нейтронное облучение, первично выбитый атом, каскад соударений, термический пик, радиационное распухание, микровзрыв, пик смещения, пора, вакансия, междоузельный атом, разрушение

Список литературы

1. Агранович В. М., Кирсанов В. В. Проблемы моделирования радиационных повреждений в кристаллах // Успехи физических наук, 1976, т.118, вып. 1, с. 3–51.

2. Robinson M. T., Torrens I. M. Computer simulation of atomic displacement cascades in solids in the binary-collision approximation // Phys. Rev., 1974, v. B9, pp. 5008–5024.

3. Norgett M. J., Robinson M. T. Torrens L. M. A proposed method of calculating displacement dose rates // Nucl. Eng. and Desugn, 1975, v. 33, pp. 50–54.

4. Kinchin G. H., Pease R. S. The displacement of atoms in solids by radiation // Rep. Progr. Phys., 1955, v. 18, p. 1; Кинчин Г. Н., Пиз Р. С. Смещение атомов в твёрдом теле под действием излучения // Успехи физических наук, 1956, т. 60, вып. 4, с. 590–615). 

5. Девятко Ю. Н., Плясов А. А., Рогожкин С. В., Чернов В. М. Температурные эффекты в каскадах атом-атомных соударений // Вопросы атомной науки и техники. Сер.: Материаловедение и новые материалы, 2006, вып. 1 (66), с. 31–42.

6. Gibson J. B., Goland A. M., Milgram M., Vineyard G. H. Dynamics of radiation damage // Phys. Rev., 1960, v. 120, № 4, pp. 1229–1253.

7. Бете Г., Ашкин Ю. Прохождение излучения через вещество // Экспериментальная ядерная физика / Под ред. Сенре. Пер. с англ. – М.: «Иностранная литература», 1955, т. 1. С. 141–297.

8. Захаров А. И. Действие излучения на физические свойства и структуру твёрдого тела // Успехи физических наук, 1955, т. 57, вып. 4, с. 525–576.

9. Seitz F. On the disordering of solids by action of fast massive particles // Discussion Faraday Soc., 1949, v. 5, pp. 271–282.

10. Зейтц Ф., Келлер Д. Теория атомных смещений, возникающих в решетке под действием излучения // Металлургия ядерной энергетики и действие облучения на материалы / Пер. с англ. – М.: Гос. науч.-техн. изд-во по чёрной и цветной металлургии, 1956. С. 417–466.

11. Seitz F. Radiation effects in solids // Physics Today, 1952, v. 5, № 5, pp. 6–9.

12. Brinkman J. A. On the nature radiation damage in metals // Journ. Appl. Phys., 1954, v. 25, № 9, pp. 961–969 ; Бринкмен Д. А. О природе нарушений в металлах, вызванных излучением // Действие ядерных излучений на структуру и свойства металлов и сплавов. – М.: Металлургиздат, 1957. С. 5–21.

13. Конобеевский С. Т. Современные представления о действии ядерных излучений на твёрдые тела // Действие ядерных излучений на материалы / Под ред. С. Т. Конобеевского. – М.: Изд-во АН СССР, 1962. С. 5–20.

14. Шалаев А. М. Образование дефектов кристаллической решетки при радиоактивном облучении металлов и сплавов: обзор // Металлофизика, т. 34: Несовершенства кристаллического строения: сборник статей. – Киев: Наукова думка, 1971. – С. 5–20.

15. Конобеевский С. Т. К вопросу о природе радиационных нарушений в делящихся материалах // Атомная энергия, 1956, т. 2, № 1, с. 63–70.

16. Glen J. W. A survey of irradiation effect in metals // Advances in Physics, 1955, v. 4, № 16, p. 381–478; Глен Дж. В. Радиационные эффекты в твёрдых телах (в основном в металлах) // Успехи физических наук, 1956, т. 60, вып. 3, с. 445– 563.

17. Radiation damage in reactor materials: Proc. Sympos., Vienna, 2–6 June, 1969 / Vienna: IAEA, 1969, vol. 2, 606 p.

18. Voids formed by irradiation of reactor materials / Eds. S. F. Pugh, H. H. Loretto, D. I. R. Norris. – Proc BNES Europ. Conf., Reading. Univ. 24–25 March 1971. – Harwell: BNES, 1971, VII, 365 p.

19. Radiation induced voids in metals / Editors J. N. Corbett and L. C. Laniollo. – Proc. Intern. Conf. held at Albony, New York, June 9-11, 1971. – US AES, 1972. Sympos. Series CONF – 710601.

20. Norris D. I. R. Voids in irradiated metals // Radiation Effects, 1972, v. 14, № 1–2, pp. 1–37.

21. Bullough R., Nelson R. S. Voids in irradiated metals. – Harwell: UK AERE, 1973. Report AERE – R – 9353.

22. Properties of reactor structural alloys after neutron and particle irradiation: Proceedings of the 7-th ASTM Intern. Symposium. – Gattlinberg, Tennessee, 11–13 June 1974. – ASTM, 1974. STP – 570.

23. Конобеев Ю. В. Рост пор и дислокационных петель в облучённых металлах // Материалы школы по радиационным и другим дефектам в твёрдых телах. – Тбилиси: Гос. ком. по исп. атомной энергии СССР, 1974, т. 1, с. 3–60.

24. The physics of irradiation produced voids / Ed. R. S. Nelson. –Harwell: UK AERE, 1975, Report AERE – R – 7934.

25. Конобеев Ю. В., Печёнкин В. А. Состояние теории радиационной пористости в металлах // Радиационные дефекты в металлических кристаллах. – Алма-Ата: «Наука» КазССР, 1978. C. 187–211.

26. Harkness S. D., Che-Yu Li. A model for void formation in metals irradiated in a fast – neutron environment // Radiation damage in reactor materials: Proc. Simpos., Vienna, 2-6 June 1969. – Vienna: IAEA, 1969, vol. II, pp. 189–214.

27. Mazey D. J., Eyre B. L., Evans J. H. A transmission electron microscopy study of molybdenum irradiated with helium ions // Journ. Nucl. Mater., 1977, v. 64, Issues 1–2, pp. 145–156.

28. Brager H. E., Bell W. L. Swelling in neutron-irradiated nickel-base alloys // Trans Amer. Nucl. Soc., 1975, v. 21, pp. 154–155.

29. Leidier J. J., Mastel B., Garner F. A. Swelling in electron irradiated type 316 stainless steel // Properties of reactor structural alloys after neutron or particle irradiation. – A sympos. Amer. Sos. for Testing and Materials. – Gatlenburg, Tenn., 11-13 June 1974. – Philadelphia, Pa.: ASTM, 1975. STP 570, pp. 451–468.

30. Комаров Ф. Ф. Ионная имплантация в металлы. – М.: Металлургия, 1990, 216 с.

31. Wolfer W. G., Ashkin M. Stress-inducd diffusion of point defects to spherical sinks // Journ. Appl. Phys., 1975, v. 46. № 2, pp. 541–557.

32. Wolfer W. G., Ashkin M. Diffusion of vacancies and interstitials to edge dislocations // Journ. Appl. Phys., 1976, v. 47, № 3, pp. 791–800.

33. Heald R. T., Speight M. V. Point defect behaviour in irradiated materials // Actametallurgica, 1972, v. 23, № 11, pp. 1389–1399.

34. Rognier R., Glowinski L. D. Effect du flux instantine sur la formation des cfvites dans le nickelirradie aux ion Ni+ de 500 keV // Journ. Nucl. Mater., 1975, v. 57, № 2, pp. 243–245.

35. Steiner D. Fusion reactor technology studies at Oak Ridge National Laboratory – June 1972 – October 1973 // Plasma Physics and Fusion Technology. – IAEA Workshop of Fusion Reactor Design Problems, Calhem, Berkshire, UK, 21 Jenuery – 15 February 1974. – Vienna: IAEA, pp. 309–340.

36. Ляшенко В. С., Ибрагимов Ш. Ш. Влияние нейтронного облучения на структуру и свойства ферритно-перлитных сталей // Атомная энергия, 1959, вып. 3, с. 277–280.

37. Козманов Е. А. Феноменологическое описание процесса распухания сталей в нейтронном поле быстрого реактора // Вопросы атомной науки и техники. Сер.: Материаловедение и новые материалы, 2004, вып. 2 (63), с. 253–258.

38. Бибилашвили Ю. К. Основные факторы, определяющие работоспособность твэлов // Разработка, производство и эксплуатация тепловыделяющих элементов энергетических реакторов / Под ред. Ф. Г. Решетникова. – М.: Энергоиз- дат, 1995, т. 1, с. 277–289.

39. Соловьёв В. А., Быков В. Н. Точечные дефекты в металлах. Часть 1. Экспериментальное изучение образования вакансий: аналитический обзор, ОБ–7. – Обнинск: ФЭИ, 1975. 65 с.

40. Соловьёв В. А. Роль локальных областей плавления в образовании вакансий: Препринт ФЭИ-936. – Обнинск: ФЭИ, 1979. 15 с.

41. Соловьёв В. А. Модель диффузии металлов. Часть 1: Препринт ФЭИ- 982. – Обнинск: ФЭИ. 1979. 10 с.

42. Соловьёв В. А. Модель диффузии металлов. Часть 2. Влияние полиморфных превращений на параметры самодиффузии: Препринт ФЭИ-1094. – Обнинск: ФЭИ. 1980. 15 с.

43. Соловьёв В. А. Образование локальных областей плавления в твёрдом теле вблизи температуры плавления // Металлы, 2013, № 3, с. 67–74.

44. Турчин С. И., Жук М. В., Альтовский И. В. Структура первичного радиационного повреждения металлов частицами высокой энергии //Физика и химия обработки металлов, 1986, № 5, с. 3–10.

45. Lindhard J., Scharff M., Schiött H. E. Range concepts and heavy ion ranges (notes on atomic collisions. II) // Mat. Fys. Midd. Dan, Vid, Selsk., 1963, v. 33, № 14, pp. 3–42.

46. Jung P. Atomic displacement functions of cubic metals // Journ. Nucl.Mater., 1983, v. 117, pp. 70–77.

47. Кашлев Ю. А. Уравнение баланса энергии в условиях каскадного процес- са в твёрдых телах // Физика и химия обработки материалов, 2005, № 6, с. 11–15.

48. Альтовский И. В. Радиационные нарушения // Итоги науки и техники. Металловедение и термическая обработка. – М.: ВИНИТИ, 1987, т. 21, с. 3–52.

49. Томпсон М. Дефекты и радиационные повреждения в металлах / Пер. с англ.; под ред. В. Е. Юрасовой. – М.: Изд-во «Мир», 1971, 368 с.

50. Seitz F., Kochler J. S. Displacement of atoms during irradiation // Solid state physics / Eds. F.Seitz, D.Turnbull. – N.Y.: Acaemic Press, 1956, v. 2, pp. 305–448.

51. Кирсанов В. В., Суворов А. А., Трушин Ю. В. Процессы радиационного дефектообразования в металлах. – М.: Энергоатомиздат, 1985, 272 с.

52. Девятко Ю. Н., Чернов В. М., Плясов А. А., Рогожкин С. В. Мезоскопическая модель каскадов атом-атомных соударений // Вопросы атомной науки и техники. Сер.: Материаловедение и новые материалы, 2004, вып. 1 (62), с. 288– 298.

53. Сена Л. А. Единицы физических величин и их размерности. – М.: Наука, 1964. 304 с.

54. Заболотный В. Т., Старостин Е. Е. Тепловые пики и термические флуктуации // Физика и химия обработки материалов, 2006, № 6, с. 5–7.

55. Кириллов П. Л., Богословская Г. П. Теплообмен в ядерных энергетических установках: Учебник для ВУЗов. – М.: Энергоатомиздат, 2000. 456 с.

56. Баум Ф. А., Орленко Л. П., Станюкович К. П., Челышев В. П., Шехтер Б. И. Физика взрыва: монография / под ред. К.П.Станюковича; изд. 2-е, перераб. – М.: Наука, 1975. 704 с.

57. Pramanik D., Seldman D. N. The irradiation of tungsten with metallic diatomic molecular ions atomic resolution observations of depleted zones // Nucl. Instr. and Meth., 1983, v. 209/210, № 1, pp. 453–459.

58. Kapinos V. D., Platov P. A. The model of nucleation of vacancy clasters in the cascade range in the stage of the thermal spike // Radiation Effects, 1987, v. 103, № 1-4, p. 45–57.

59. Московкин Н. Г., Мартыненко Ю. В. Условия плавления в области тер- мического пика // Журнал технической физики, 1989, т. 59, № 4, с. 155–157.

60. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Теория упругости. – М.: Наука, 1965. 204 с.

61. Лейбфрид Г. Макроскопическая теория механических и тепловых свойств кристаллов. – М.: Изд-во физ.-мат. лит., 1963. 312 с.

62. Свойства элементов: справочник / Под ред. Самсонова Г.В. – М.: Ме- таллургия, 1976, т. 1. 600 с.

63. Лившиц И. М., Гулида Л. С. К теории локального плавления // Доклады АН СССР, 1952, т. 87, № 3, с. 377–380.

64. Demidov A. V., Zhukov V. P., Fedorov G. B. A quantitative continuum approach to displacement spike phenomena in solids // Radiation Effects, 1986, v. 88, p. 129.

65. Martynenko Yu. V., Umansky M. V. Relxation of thermal spikes // Radiation Effects, 1994, v. 132, Issue 1, pp. 31–39.

66. Девятко Ю. Н., Климов М. В., Маклецов А. А. Ионизирующие излучения и лазерные материалы. – М.: Энергоатомиздат, 1982. 101 с.

67. Винецкий В. А., Холодарь Г. А. Радиационная физика полупроводников. – Киев: Наукова думка, 1979.

68. Жуков В. П., Демидов А. Н. Расчёт пиков смещения в приближении сплошной среды // Атомная энергия, 1985, т. 59, вып. 1, с. 29–33.

69. Илькаев Р. И., Учаев А. Д., Новиков С. А., Завада Н. И., Платонова Л. А., Сельченкова Н. И. Универсальные свойства металлов в явлении динамического разрушения // Доклады АН, 2002, т. 384, № 3, с. 328–333.

70. Зельдович Я. Б., Райзер Ю. В. Физика ударных волн и высокотемпературных газодинамических явлений. – М.: Наука, 1966. 688 с.

71. Баранов А. А., Мовчан В. Ф., Чернышева Н. А. Влияние оплавления на рост объёма алюминиевых сплавов при термоциклировании // Известия АН СССР. Металлы, 1974, № 1, с. 164–168.

72. Врублевская Э. Л., Шиврин О. Н. Порообразование в меди при термоциклическом воздействии // Уч. записки Петрозаводского ун-та, 1975, т. 21, № 1, с. 129–138.

73. Врублевская Э. Л., Шиврин О. Н. Изменение электросопротивления меди при термоциклическом воздействии // Уч. записки Петрозаводского ун-та, 1975, т. 21, № 1, с. 28–38.

Препринт ФЭИ-3286, Обнинск: ГНЦ РФ - ФЭИ, 2019, 31 с.