Ядерна наука: IFMIF/EVEDA

Формування ядерної енергії в один раз вимагає створення великого шару матеріальної науки. Якщо ми беремо ядерний реактор, то до стандартних задач міцності при нагріванні, будь-який матеріал буде додано вимоги до певної взаємодії з потоками випромінювання всередині реактора. Найголовніші властивості взаємодії з нейтронами – і з точки зору нейтронної фізики всього реактора (до цього конструктивного металу поглинають нейтрони? Повільнення? Відображення? Активоване?) і в плані самого матеріалу. Що відбувається в матеріалі під впливом випромінювання?





Тести для розриву опромінених зразків в гарячій камері. Лабораторія ORLN.

• Швидкі частинки «розрив» ґратки, викликаючи атоми матеріалу, щоб стрибати по них. Це призводить до зменшення пластичності і підвищеної крихкості.
• Нейтрони можуть поглинати різними атомами, що викликають їх перемикання в більш важчий елемент (наприклад, Fe56+ і -> Mn57). Найчастіше формується ізотоп радіоактивний, і він розпадає через деякий час. Це як активований матеріал – насичений радіоактивними ізотопами.
• Ці радіоактивні ізотопи можуть розпадати у вигляді альфа-частинки. Частинки Альфа не залишають матерії, але ректомин в гелію. Хелій накопичується всередині матеріалу, викликаючи його набухання і тріщину. Аналогічні процеси (на меншій шкалі) відбуваються з накопиченням водню, що утворюється при нейтронах розпаду.
• Для дуже швидко літаючих нейтронів можливе прямий згортання атому конструкційного матеріалу, при формуванні багатьох фрагментів і високо радіоактивних залишків.
• Активація матеріалу призводить до зміни хімічного складу і різних корерозійних процесів. Особливо важко в місцях зварювання і адгезій.

Набряк зразка з нержавіючої сталі під впливом нейтронів

Універсальний захід, як далеко ці деструктивні процеси йдуть, є величиною S.N.A. зміщення на атом (або dpa в англійській літературі). Це означає, що багато актів взаємодії з випромінюванням відбуваються в середньому для кожного атома. Характеристика значень ядерних реакторів від 5 до 60 н.е.



Оцінено пошкодження випромінювання septum реактора ВВЕР-1000 в С.Н.

499.00 Р

Вплив умов реактора на різні сорти сталі. EI/ES - це спеціальні сталеві реактори.

Вчені матеріалів придумали багато сплавів, сталей і неметалічних матеріалів для роботи в таких умовах. До речі, вони часто виділяються божевільною точністю композиції, ми говоримо про точність до 0.01% вмісту сплаву домішок. Сьогодні, 60 АА є лімітом для сучасних ядерних матеріалів, і такі матеріали також обмежені в робочій температурі, і не можуть, наприклад, використовуватися в гарячих швидко реакторах.



Різні вміст кисневих і залізоцирконієвих сплавів. Зверніть увагу, що діапазон допустимих значень допонента ~ 500 ppm, тобто 0.05%.

Однак для майбутніх швидкознімних реакторів і для термоядерних реакторів потрібні матеріали, які можуть підходити до 150 (або краще, до 300) S.A. без розбиття, і в разі термовеном, вони можуть стояти не тільки в нейтронному потоці, але в потоці наденергетичних нейтронів. До речі, одна з основних проблем цієї секції матеріалознавства є повільним набором доз, що пошкоджуються - 20 до н.е. на рік в кращих реакторах, тобто набирати 160 до н.е., потрібно залишити збірку в реакторі протягом 8 років.



Промісні реакторні матеріали та їх опромінення в реакторі BOR-60.

Для створення та тестування матеріалів для майбутніх реакторів фузії потрібні конкретні джерела термонуклеючі нейтрони. Тут підходять не високоточні реактори ядерних досліджень, ні спаляції (прискорення) рослин. У 2000-х роках Європа та Японія запроваджували програму для створення спеціальної науково-дослідної лабораторії IFMIF/EVEDA для тестування перспективних матеріалів.



IFMIF/EVEDA схема

р.

І план будівлі. Знайти чоловіка в цій лабораторії.

Інсталяція IFMIF складається з двох невеликих, але високоточних дететронів (деутерій іон) акселераторів до енергії приблизно 40 МВ і літій-цільової цілі (насамперед, товщиною 25 мм літій-стрічка). Прискорювач досить унікальний з великим струмом (125 мА), виданий в режимі постійного (не імпульсного) режиму. Акселератор складається з традиційних елементів – плазмового джерела іонів, фокусувальних систем (LEBT, MEBT, HEBT), модуля радіочастотної акселератора з електродинамічною іонною затримкою (RFQ) та модуля радіочастотної акселераторної акселерації з електромагнітною затримкою та корпусами резонатора (SRF Linac).



Прискорювач IFMIF, його елементи та розробники.

Прискорені дететрони з двох ідентичних акселераторів взаємодіють з літією за допомогою реакції D + Li -> 2ХХ + н. Отриманий нейтрон дуже схожий на термоядерний в його енергії. Літієва ціль, до речі, є досить унікальним дизайном, який очищає літію від фісузних продуктів і формує завісу.



Схема цілі літію. й



... і його життєвий прототип!

Отримані нейтрони літати на тестовий об'єм, який має камери з різним струмом нейтрона. У камері найвищої інтенсивності (з об'ємом тільки літра, що тим не менше дозволяє одночасно перевірити багато дрібних зразків), створюється потік 1018 n*sec/cm2 – 200 разів більше, ніж у високоточних ядерних реакторах. Є камери з меншою інтенсивністю, які, однак, дозволяють перевірити всі експериментальні конструкції з кулоном і т.д.



Спектральна потужність нейтронного флюсу в перспективному реакторі fusion DEMO та лабораторії IFMIF.

Друга частина лабораторії (EVEDA) - це гаряча камера для всіх сортів досліджень, що сталося з опромінованими зразками, як змінилися їх механічні, фізичні та хімічні властивості.



ІФМІФ/ЕВДА Охоронні камери У центрі HFTM швидкість швидкого нейтронного дозування становитиме 60 сон на рік.



Зразки матеріалів для тестування на ІФМФ. В цілому, до 1000 таких зразків можна завантажувати в високотемпературну камеру.



І це такі гарячі камери для опромінених зразків.

На даний момент здійснюється встановлення та фазований запуск обладнання (голова акселератора, джерело іонів вже повністю перевірено на режимах роботи). Устаткування виробляється як європейськими, так і японськими організаціями.



Будівля IFMIF/EVEDA в Роккашо, Японія.

Після запуску лабораторії в 2017 році почнеться інтенсивне дослідження перспективних матеріалів для першої стіни, ковдри та інших елементів ТНР, «живлення» в найбільш важких радіаційних дослідженнях. Ймовірно, це тут, що перспективні матеріали, такі як ванідієво-титанові сплави або кремнієвий карбід SiC переміститься з перспективних для схвалення. Якщо їх характеристики близькі до очікуваних, промислові токамаки можуть стати помітно ближче, а багато з паперових концепцій реакторів ядерного випромінювання (таких як дорожні реактори) стануть можливими.

Джерело: geektimes.ru/post/259638/