ATOMREAKTOROK ANYAGAI 5. előadás Dr. Trampus Péter egyetemi tanár 06 20 9855970 trampus@mk.unideb.hu

Sugárzás és anyag kölcsönhatása Atomreaktorokban keletkező radioaktív sugárzások: Neutron (n) Alfa (α) Béta (β) Gamma (γ) Jelentőségük különböző!

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

Radioaktív sugárzások Alfa (α) sugárzás: transzuránok bomlásának következménye kis hatótávolságú, intenzitása kicsi Béta (β) sugárzás: hasadási termékek β bomlása kis hatótávolságú Gamma (γ) sugárzás: maghasadás, hasadványok, transzuránok, szerkezeti anyagok felaktiválódása hasonló a n sugárzás hatásához, de hatékonysága 1:1000 hőfejlődést okoz

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

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

Elsődleges sugárkárosodási folyamatok (~10-15 – 10-12 s) Károsodás GYORS NEUTRONOK fématomok rugalmas ütközés rugalmatlan ütközés Elsődleges sugárkárosodási folyamatok (~10-15 – 10-12 s) Frenkel párok elmozdulás kaszkádok nukleáris reakciók diszlokáció sűrűség növekedése, diffúzió képesség növekedése Károsodás halmozódása (~10-10 – 109 s) mátrix károsodása (diszlokáció hurkok, fürtök…) mátrix precipitációs keményedése (Cu, Mn, Ni, P…) szemcsén belüli és szemcsehatáron történő szegregáció (P) Mechanikai tulajdonságok változása mátrix szilárdság növekedése, szívósság vesztése szemcsehatár menti elridegedés

Károsodás jellemzése Károsodási paraméterek: dpa = displacement per atom (egy atomra eső kilökött atomok száma) Gyors neutron fluencia (F), E > 0,5/1,0 MeV

Mechanikai tulajdonságok megváltozása

Károsodás előrejelzése (trendgörbe)

Szívós-rideg átmeneti hőmérséklet növekedése

Trendgörbe általános alakja ahol A paraméter KÖ kémiai összetétel Φ neutron fluxus F neutron fluencia Ts besugárzási hőmérséklet n, C kitevő, állandó

VVER-440 trend görbék Általános alak PNAE G-7-002-86 Nikolaev et al., 2002 IAEA-TECDOC-1442, 2005

Charpy ütővizsgálat

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

Besugárzás hatása az ütőmunka-hőmérséklet görbére

Paksi Atomerőmű 1. blokk reaktortartály varratfém eredmények

Neutronsugárzás hatása Ütőmunka és szívós-rideg átmeneti hőmérséklet Törési szívósság

Szívós-rideg átmenet (1) Anyagminőség: 22NiMoCr37

Szívós-rideg átmenet (2) képlékeny elcsúszás hasadás

VVER-440 reaktortartály anyagok törési szívósság eredményei

Szakítóvizsgálatból mért jellemzők változása