Ученые Томского политехнического университета предложили новый, не имеющий аналогов в мире инструмент для исследования конструкционных материалов ядерных реакторов — так называемые пучки ускоренных атомов. С их помощью можно гораздо быстрее проверять новые материалы на радиационную стойкость, говорится в сообщении пресс-службы вуза.
Результаты исследования, которое специалисты ТПУ провели совместно с коллегами из Даляньского политехнического университета (Китай), представлены на проходящем в Томске VII международном конгрессе "Потоки энергии и радиационные эффекты" (EFRE-2020).
Конструкционные элементы ядерных реакторов, в том числе работающих на АЭС, находятся в очень жестких условиях. За жизненный цикл они подвергаются такой интенсивной радиационной нагрузке, что атомы их кристаллической решетки меняют положение, из-за чего чего происходит радиационное повреждение этих элементов.
То есть элементы реакторов, прежде всего тепловыделяющие, не должны существенно менять свойства за все время работы, но при низкой радиационной стойкости может произойти их деформация и разрушение. Поэтому повышение устойчивости конструкционных материалов — одна из важнейших проблем радиационного материаловедения.
Во всем мире ученые решают эту проблему, изучая материалы с точки зрения радиационной стойкости. Для этого они помещают их в камеру облучения нейтронами около реактора и отслеживают появление существенных изменений. Обычно на такое исследование уходит несколько лет, так что этот путь не очень удобен для оперативной разработки новых материалов и технологий.
Как пояснил один из авторов исследования, профессор отделения материаловедения ТПУ Александр Пушкарев, сейчас вместо нейтронного облучения используют имитационное облучение пучками заряженных частиц.
"При имитационном облучении воссоздают те же условия, что и в ядерном реакторе при облучении нейтронным пучком, то же количество радиационных повреждений. Однако радиационную нагрузку, которую получает тот или иной материал в ядерном реакторе, получается набрать за несколько часов вместо нескольких лет", — отметил он.
Для имитационного облучения применяют два инструмента: электронные и ионные пучки. Однако механизмы формирования радиационных дефектов при облучении пучками заряженных частиц и нейтронами значительно отличаются, и это снижает достоверность исследования.
Ученые из ТПУ предложили новый инструмент — пучки ускоренных атомов. Их формирование происходит с помощью генератора мощных ионных пучков, разработанного профессором университета Геннадием Ремневым. Сначала формируется пучок ускоренных ионов, затем идет процесс их перезарядки и образования ускоренных атомов, а затем ускоренные атомы с энергией в сотни килоэлектронвольт применяют для облучения материалов.
"С точки зрения радиационного материаловедения это уникальный инструмент. Он отличается тем, что позволяет быстро набрать дозу, аналогичную дозе облучения в ядерном реакторе, и затратить на формирование дефектов значительно меньше энергии. Кроме того, механизмы формирования радиационных дефектов в металлах при облучении ускоренными атомами и нейтронами очень близки. Это позволяет повысить достоверность выполненных исследований радиационной стойкости материалов", — рассказал Пушкарев. |