Обоснование выбора состава малоактивируемых конструкционных материалов на основе железа, ванадия и титана тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.07, кандидат физико-математических наук Аленина, Маргарита Валерьевна

• Аленина, Маргарита Валерьевна
• кандидат физико-математических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Аленина, Маргарита Валерьевна

Введение.

Глава 1 Разработка конструкционных малоактивируемых материалов (МАМ) для атомных и термоядерных установок.

1.1 Концепция малоактивируемых конструкционных материалов.

1.2 Библиографическая многотабличная реляционная база данных по малоактивируемы материалам.

1.3 Наукометрический анализ информационного потока по МАМ.

1.4 Нейтронный спектр установок.

1.5 Оценка риска последствий аварийных ситуаций при использовании новых материалов.

1.6 Классификация радиоактивных отходов и способы их захоронения.

Глава 2 Развитие программного обеспечения для оценки активации и мощности дозы

2.1 Имеющиеся в настоящее время программное обеспечение и библиотеки ядерных данных.

2.2 Расчет активности.3?

2.3 Расчет мощности дозы.

2.4 Электронный атлас активации.

Глава 3 Применение изотопно-обогащенных элементов для создания малоактивируемых материалов 3.1 Способы уменьшения наведенной радиоактивности конструкционных материалов для термоядерных реакторов (ХЯР).

3.2 Оценка перспективности применения изотопно-обогащенных элементов Мо, Сг, Тл, Бе, V, № и Ъх для создания

3.3 Сравнительный анализ преимуществ использования изотопно-обогащенных элементов для производства хромомарганцевой стали.б?

Глава 4 Трансмутационные превращения и фазовая стабильность аустенитных и ферритных нержавеющих сталей при нейтронном облучении.

Заключение диссертации по теме «Физика конденсированного состояния», Аленина, Маргарита Валерьевна

Основные выводы

1. Разработано программное обеспечение для расчета мощности эквивалентной дозы продуктов трансмутационных превращений изотопов заданных элементов.

2. Создан атлас активации в виде многотабличной реляционной базы данных. Атлас содержит подробную информацию по активации природных изотопов около 70 химических элементов, рассчитанные у-постоянные для более чем 2200 изотопов. Атлас предназначен для быстрой компиляции информации о динамике изменения радиоактивности и мощности дозы во времени для образцов сложного химического состава.

3. На основе комплекса активационных расчетов обоснована перспективность применения метода изотопной сепарации для создания МАМ. Показано, что удаление нежелательных в активационном отношении изотопов из естественной изотопной смеси таких элементов, как молибден, железо, вольфрам, титан и цирконий, позволяет при использовании этих металлов в качестве компонентов МАМ существенно увеличить скорость спада наведенной радиоактивности. Вместе с тем применение данной технологии для ванадия, хрома и никеля неэффективно.

4. Проведены расчеты изменения химического состава в результате трансмутационных превращений при облучении сталей 316SS, Fe-20Mnl2CrW, Fe-9Cr2WVMn и DIN1.4914 в нейтронных спектрах DEMO и Wall. Оценены хромо-никелевые эквиваленты этих материалов до и после облучения. На основе этих оценок и данных по наработке ванадия и марганца сделано заключение о влиянии трансмутационных превращений на фазовую стабильность и свойства указанных материалов.

5. Создана библиографическая многотабличная реляционная база данных по малоактивированным материалам и проведен наукометрический анализ потока информации в области разработки МАМ.

Заключение

Анализ современного состояния в области разработки малоактивируемых материалов для ядерных и термоядерных установок подтвердил актуальность темы диссертационной работы "Обоснование выбора состава малоактивируемых конструкционных материалов на основе железа, ванадия и титана" и выявил перспективное направление развития этой области радиационного материаловедения связанное с технологией производства МАМ. Эффективной технологией для создания МАМ может стать метод изотопной сепарации. Проведенные исследования показали, что использование изотопно-обогащенного молибдена, железа, вольфрама, титана и циркония в составе облучаемых материалов влияет на динамику изменения мощности эквивалентной дозы во времени.

При выборе состава материала также необходимо учитывать выгорание его основных и легирующих компонентов в результате ядерных трансмутаций, и оценивать возможное влияние этого процесса на фазовую стабильность материала. На основе расчетов приведенных в диссертационной работе, в рамках макроскопического подхода можно сделать следующее заключение о влиянии трансмутационных ядерных превращений на фазовую стабильность аустенитных хромоникелевых и хромомарганцевых сталей (316SS и Fe-20%Mn-12%Cr-l%W) и ферритных сталей (DIN1.4914 и Fe-9%Cr-2%W-VMn), облученных нейтронами различного энергетического распределения:

1) При облучении в жестком нейтронном спектре DEMO хромо-никелевые эквиваленты всех сталей и координаты, характеризующие их местоположение на фазовой диаграмме Шеффлера, практически не изменяются.

2) Более существенные эффекты имеют место при облучении всех материалов в нейтронном спектре Wall. В сталях 316SS, DIN1.4914 и Fe-9%Cr-2%W-VMn усиливаются тенденции к дестабилизации аустенита (сталь 316SS) и мартенсита (стали DIN1.4914 и Fe-9%Cr-2%W-VMn), и стабилизации охрупчивающих ферритных фаз.

В ходе исследовательской работы, все расчеты были выполнены благодаря разработанной информационной системы на основе реляционной системы управления базами данных для оценки наведенной радиоактивности и мощности эквивалентной дозы для материалов сложного химического состава. Стержнем данной системы является атлас активации - многотабличная реляционная база данных, содержащая подробную информацию по активации природных изотопов более 70-ти химических элементов. Использование атласа активации позволяет значительно упростить и ускорить оценку наведенной активности и мощности эквивалентной дозы для материалов любого элементного состава, а также предоставляет возможность проследить происхождение того или иного нуклида и оценить его вклад в значение активности/мощности эквивалентной дозы химического элемента.

Благодаря созданной библиографической многотабличной реляционной базе данных по малоактивируемым материалам с мощной системой индексного поиска, можно быстро провести отбор разнообразной информации по различным аспектам проблемы разработки конструкционных малоактивируемых материалов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Аленина, Маргарита Валерьевна, 1999 год

1. Scholz H.W., Zucchetti M., Casteleyn К., Adelhelm С. Purity and radioactive decay behavior of industrial 2D-reinforced SiCf/SiC composites. Journal of Nuclear Materials, 1994, v.212-215(pt. A), p.655-661.

2. Herring J.S., Dolan T.J. Safety in the ARIES-III D-3He tokamak reactor design. Proceedings IEEE symposium on fusion engineering, San Diego, CA(USA), 30 Sep-3 Oct,1991. Volume 2. Piscataway, NJ: IEEE Service Center. 1992, p.708-711.

3. Butterworth G.J., Giancarli L. Some radiological limitations on the compositions of low-activation materials for power reactors. Journal of Nuclear Materials, 1988, v,155-157(pt. B), p.575-580.

4. Morgan O.B.Jr., Berry L.A., Sheffield J. Materials research and development. Fusion Energy Division annual progress report period ending December 31, 1986. Oak Ridge National Lab., TN(USA), Oct 1987, p.317-339.

5. Herring J.S., Sze D.K., Wong C., Cheng E.T., Grotz S.P. Activation product safety in the ARIES-I reactor design. Proc. topical meeting on technology of fusion energy, Oak Brook, IL(USA), 7-11 Oct 1990. US Govt. Printing Office Dep., 1990, 7 p.

6. Cheng E.T., Saji G. Activation and waste management considerations of fusion materials. Journal of Nuclear Materials, 1994, v.212-215(pt. A), p.621-627.

7. Braun Т., Bujdoso E. The grows of modern analytical chemistry as reflected in the statistical evaluation of its subject literature. CRC Crit.Rev.Analyt.Chem., 1982, N13, p.223-312

8. Cheng E.T., Forrest R.A., Pashchenko A.B., Ivanov V.V. et al. Report on the Second International Activation Calculation Benchmark Comparision Study. Report TSIR-21,1992, p. 15.

9. Ю.Стромберг А.Г., ОриентИ.М., Свищенко H.M. Журнал аналитической химии, 1984, №24, с.1704-1707.

10. Forrest R.A., Sublet J-Ch. FISPACT-97 — User Manual. UKAEA, Euroatom Fusion Association, 1997.

11. Kopecky J. et al. ECN-79-85. Neth. En. Res. Found, 1989.

12. Иванов B.B., Колотов В.П., Атрашкевич B.B., Платов Ю.М. Программное обеспечение для расчета активации материалов при нейтронном облучении и некоторые аспекты его применения. Препринт ГЕОХИ № 134, Москва, 1991, 33 с.

13. Ivanov V.V., Kolotov V.P., Atrashkevich V.V., Nagy P. Software package for computing of material's activation after neutron irradiation. Materials Science Forum, 1992, v.97-99, p. 769-774.

14. Козлов В.Ф. Справочник по радиационной безопасности. M.: Атомиздат, 1977, 383 с.

15. Гусев Н.Г., Дмитриев П.П. Квантовое излучение радиоактивных нуклидов. Справочник. М.: Атомиздат, 1977, 394 с.

16. Gulden W. et al. Waste Management for NET. Proc. 15th Symp. On Fus. Technol. (SOFT 88). Elsevier Science Publish, 1989, p. 1763

17. Smith K.R., Butterworth G.J. The Radiological Impact of Fusion Waste Disposal. IAEA Technical Meeting on Fusion Reactor Safety, Jackson (USA), April 1989

18. Davis J.P., Smith G.M. Radiological Aspects of the Management of Solid Waste from the Operation of DT Fusion Reactors. NRPB-R210, 1987

19. Ponti C. Disposal of Radioactive Waste in Europe: Norms and Practice. T.N.I.89.08, Comm. Eur. Commun., JRC Ispra, 198921.01sson G. et al. Quantification and disposal of radioactive waste from ITER operation. Fus. Eng. Des., 1991,v. 17, p.415

20. Aggeryd I. et al. Quantification and Final Disposal of Radioactive Waste from ITER Operation and Decommissioning. Proc. 17th Symp. on Fus. Technol. (SOFT 92)

21. Sowerby M.G., Forrest R.A. A Study of the Environmental Impact of Fusion. AERE-R-13708, Harwell Report, March 1990

22. Демина Е.В., Иванов В.В., Иванов Л.И., Колотов В.П., Платов Ю.М. Neutron effects and environment problems of applications of iron for fusion and fission reactors. Журнал ФХОМ, 1992, №4, с.5-9

23. Sanz J., Perez A.S., Perlado J.M., Zucchetti M. Accidental release characteristics of activated materials in inertial and magnetic fusion reactors. J. Nucl. Mat., 1991, p.212-215

24. National Radiological Protection Board «ERL 2, Emergency Reference Levels: criteria for limiting doses to the public in the event of accidental exposure to radiation». HMSO, London, 1981.

25. Code of Federal Regulations, «Licensing Requirement for Land Disposal of Radioactive Waste», title 10, part 61, NRC, 1982.

26. Low activation materials safety studies. Annual report for fiscal year 1981, October 1, 1980 September 30, 1981. Available fromNTIS., PC A05/MF A01 as DE82012847, 1981, 95 P

27. Каратыгин C.A., Тихонов А.Ф. Энциклопедия по СУБД Paradox 4.5 for DOS. В 2-х томах. М.: Мир, 1994, 1023 с.

28. Булычева JI.B. и др. Нейтронно-физические характеристики испытательных каналов реактораРБТ-10/2. НИИАР-11(722). М.: ЦНИИатоминформ, 1987, с.24.

29. Хиленко С.Н. и др. Экспериментальное исследование спектров нейтронов в активной зоне реактора БОР-бО с уран-плутониевым топливом. НИИАР-10(741). М.: ЦНИИатоминформ, 1988, с. 12.

30. Емельянов И.Я. и др. Конструирование ядерных реакторов. М.: Энергоиздат, 1982, 167 с.

31. Кимель JI.P., Машкович В.П. Защита от ионизирующих излучений. М.: Атомиздат, 1966, 311 с.

32. Левин В.Е. Ядерная физика и ядерные реакторы. М.: Атомиздат, 1975, 283 с.

33. Громов В.В., Крутиков А.Н., Саунин Е.Н., Ходяков А.А. Материалы бланкета энергетического термоядерного реактора. Итоги науки и техники ВИНИТИ, Серия: Радиохимия. Ядерная технология. М., 1990, с. 113.

34. Колотов В.П., Аленина M.B., Савватеев H.H. Атлас активации. В кн.: Тезисы докладов научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов МГИЭМ, Москва, 20-24 апреля 1998. М.: МГИЭМ, 1998, с.243.

35. Аленина М.В., Колотов В.П., Платов Ю.М., Бондаренко Г.Г. Выгорание основных компонентов конструкционных материалов при облучении в ядерных установках с различными нейтронными спектрами. Вопросы атомной науки и техники, 1998, вып.3(69), с.57.

36. Колотов В.П., Аленина М.В., Савватеев Н.Н., Демина Е.В. Активация конструкционных материалов при эксплуатации атомных и термоядерных установок. Учебное пособие. М.: Интерконтакт Наука, 1997, 44 с.

37. Platov Yu.M., Pletnev M.N. Journal of Nuclear Materials, 1994, v.211, p.95-100.

38. Forty C.B.A., Butterworth G.J., Sublet J.Ch. Journal of Nuclear Materials, 1994, v.212-215, p.640.

39. Kalinin C., Ganster W., Matera R, Tavassoli A.A.F., Rowaliffe A., Fabritsiev S., KawamaraH. Journal of Nuclear Materials, 1996, v.233-237, p.9.

40. Nuclear Fusion Project. Annual report of the Association Kfk/EURATOM, 1991, 152 p. 50.Sriffin R.D., Gelles D.S., Dodd R.A., Kulcinski G.L. Journal of Nuclear Materials, 1991v.179-181, p.714.

41. Little E.A., Morgan T.S., Faulkner R.G. Mater.Sci. Forum, 1992, v.91-99, p.323.

42. Kimura A., Chariot L.A., Gelles D.S., Baer D.R., Jones R.H. Journal of Nuclear Materials, 1992, v.191-194, p.885.