Способ имитации воздействия ядерных излучений на материалы

 

I ! 9W ;;., .; ."-:, v .Г „ 1а l, Ф )т

О-й-4В-- С- А-И И Е

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

< 599640

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт, свид-ву (22) Заявлено 01.08.76(21) 2387661/18-25 с црисоедииением заявки № (») Приоритет

2 (51) М. Кл

Я 21 Н 5/00 гасударственный «еметвт

Совета тлен«атрее СССР ее делам «вабрвтвннй и еткрмтнй (43) Опубликовано25,10.78.Бюллетень ¹ 39 (53) 3 ДК 621.059 (088.8) (45) Дата опубликования описакия 30.08.78

В. Ф. Зеленский, В. А. Стратиенко и Л. Д. Ярошевский (72) Авторы изобретения (7i) Заявитель (54) СПОСОЬ ИМИТАЦИИ ВОЗДЕЙСТВИЯ ЯДЕРНЫХ

ИЗЛУЧЕНИЙ HA МАТЕРИАЛЫ

Изобретение относится к ядерной физике и предназначено для имитации ядерных воздействий на материалы.

Известен способ имитации воздействия реакторного излучении на материалы, зак- 5 лючаюшийся в облучении образцов ускоренными заряженными частицами (1).

Этот способ не позволяет экспрессно имитировать радиационное воздействие при тогпцинах образцов более 10 мкм из а >р о высокого отношения энергий, переданных электронной (идущей на разогрев образца) и ядерной подсистемам.

Известен способ имитации радиационного воздействия ядерных излучений на ма- >5 териалы, заключакицийся в облучении исследуемого материала пучком тормозных

5 гамма-квантов с энергией 30»100 МэВ $2), Однако пучки тормозных -квантов с m максимальными энергиями 30-100 МэВ создают в облучаемых оболочечных материалах реакторостроения первично-выбитые атомы (ПВА) с энергиями меньше 0,2МэВ и не позволяют воспроизводить высокоэнер- 2 гетические ПВА с энергиями в диапазоне

0,2-1 МэВ, а именно этн высокоэнергетические ПВА вносят основной вклад в радиационные изменения свойств (например, механических) материалов в быстрых и термоядерных реакторах. Кроме того, при максимальных энергиях тормозных g-квантов 30-100 МэВ в облучаемых образцах образует существенно больше продуктов ядерных реакций (ПЯР: Не, Н) в пересче» те на 1 смещенный атом, чем прн реакторном облучении.

Цель изобретения — ускорение процесса имитации и повышение точности воспроизведения воздействия ядерных излучений быстрых и термоядерных реакторов.

Это достигается тем, что используют гамма-кванты с энергией, превышающей энергию максимума в энергетической зависимости полных адронных сечений поглощения гамма-квантов для данного материала

Для всех нуклидов этот максимум заключен в интервале энергий 1 200 350 МэВ.

Энергия ПВА, которые образуются при

3 59964 евом за счет каскадных процессов, сопровождающих фотопоглощение, существ ппо выще 0,2 МэВ для нуклидов с порядковым ,номером K 4 30, т. е. появляется воэможность воспроизводить высокоэнергети- Б ческив ПВА, которые образуются в материалах npN реакторном облучении. Проведенные расчеты показывают, по при облучении образиов материалов реакторостроения тормозными -квантами с максимальной, t6 энергией Е 200-350 МэВ получает (ci лучшее, чем при % 30-100 МэЭ, (В1 совпадение параметров радиационных полей (спектров ПВА и ПЯР) с образующимися при реакторном облучении.

При этом с увеличением энергии Eg первичного пучка электронов от 30 МэВ йо 300 МэВ: а)коэффициент преобраэова-, Ыия Е sg-кванты возрастает 4 в 2 раза;?O б) плотность пучков эквивалентных "-кван- а ов, которые можно получить, обычным способом за счет торможения электронов на иуклидах радиаторов, возрастает ь и

100 раз; a) -тепловыделение в образце иа 1 эквивалентный, -квант практически ие изменяется; г) сечение фотопоглощения и энергии, передаваемая ядерной подсисжме, возрастают < в 7 раэ для Х л) стоимость получения одного и того же тока электронов возрастает ь в 10 раз.

Т, е. ориентировочно можно утверждать, ч ю использование для имитации реакторных повреждений тормозных пучков g кван тов с Б ь 300 МэВ эффектнвнее (на

1 затраченный рубль) ъ в 70 раз a cpa>пении е использованием пучков -квантов c И " 30 МэВ.

На фиг. 1 приведена блок-схема типич лей установки,,при помощи которой реяли-" зуетва предлагаемый способ имитации; па фиг. 2 - зависимость сечения поглощения

Щ-юмнтов па углероде 6 (мбарн) от энер гии Е (МэВ) -квантов, В установке пучок электронов 1 с энергией Ео х 200-300 МэВ, получаемый .при помощи линейного ускорителя электронов, тормозится на нуклидах радиатора

2 (элементы с больщимЯ: уран, платина и др.); получаемый пучок 3$ -квантов, очищают от электронов и позитронов при помощи магнитных (электрических) полей

4 и от мягких (с энергией С 1 МэВ) |t квантов при помощи фильтра 5 (элементы с малыми: Ь| Н, Be и др.) в дальнейщем пучок/ -квантов очищают от электронов и цозитронов, образованных в фильтре 5, при помощи полей 4 на пути до облучае мого образца 7 в вакуумной камере 6 (давление Р " 10"" мм рт. ст.). Образец

7 охлаждается.co стороны противоположной пучку -квантов при помощи хладагента 8. Оптимальные параметры установки (толщина радиатора и фильтра, расстояние от радиатора до образца н т, д.) определяются иэ конктретных ребований и условий облучения, я E " 250 300 МэВ, P = 5 ° 10 см ° сек диаметра пучка

Ф ъ 1 мм, оптимальная толщина радие".ч» ра 4 „, 0,5-0,8 рад. дл., допустиьл": =: расстояние от радиатора до обре.эве Е

1 см, прН И 1- 104" — 10 З., что позволяет проводить термостабилизированное облучение реальных, толщиной до несколь=-ких мм, изделий плотностью потока tI -êâaнтав эквивалентной радиационному воздей-ствию на материалы плотности потока быстрых нейтронов pg 1,5 .10 н/смФсек.

Еяагодаря наличию узкого днпольного резонанса (см. фиг. 2) при энергиях gквантов а 20 МэВ резко возрастает ра диационная эффективность тормозных квантов с максимальной энергией Е

300 МэВ в сравнении с Е g + 30 МэВ.

Таблн а

Продолжение таблицы

i7 1 0

f 7 } 0 р)

7 > 0 с }Q ;„35

300 д } (..11.7

Ci - -}. }-7

3 C

2 7

- (1

}ч

2 .}.17

20}0

1}2

1Б

I 2

1 ."}

I .. ."2 7, 777

} ,1 т;} 6 fi3 (7} о 7

1 g}}

1 с }

Р, 0!б

2 10.7 д !Qp I

ЗО0

ЗОС} ж)

"У опредделяется необходемо17 пло-. к}стью.и)

СОВ}лестное

Qб77чу 1еяие

}2РГ7" л;„Р НЧЯ

В таблрще прe}-II--YQBче}}п7«7 o цэ«} О- " 1;-, то"Йхо}" } ью } + 5О о }} 1-асчеты предельных скоростей образования радиационных дефек- "" тов в образцах Я толщ}".ной от 10 доХО см под действием заряженных частиц и $ квантов и степени эквиВалентности параметров создаваемых радиации ных по -О лей имитируемым реакторным. В 3.-ой колонке приведена толщина Облучаемого образца, выраженная B см; во 2-ой - вид излучения: 4 j - -ионы никеля, д . -- ионы .ф гелия, Р - протоны, е - электроны; тормозные д -кванты, ) — тормозные gTO } кванты, црощедщие "ужеститель" нз Be толщиной равной Х радиационной длине; цифрами обозначена энергия используемых излучений в МэВ; и 3-ей колонке црнведеЖ ны предельные плотности данного вида излучения, при которых возможно термостабилизироианное Облучение изделий прн разности температур между хладагентом и

D образцом hf 500, коэффициент теплоотдачи е — О,З ВТ/см . град.; в 4-ой коЫ лонке — скорости дефектообразоиания (в пересчете на пары Френкеля), эквивалентные возникающим при плотностях быстрых

Ге 7 <"зрч}ых «7ейтронов укаэанных В табии»

ae,-; в 5-ой-7-ой колонках жаком .

"+" обозначено рибчизительное количест- . венное (в пределах + 50%) совпадение энергетнческих спектроц и составоз 133А, ЙЯР и продуктов ионизапии (ПИ), соответстиечно, с реакторным облучением; эиаком - - обозначено несовпадение этик параметров радиационных полей. Как видно из таблицы, только при облучжш пуч ком Отфильт,2оиацных тормозных -кваитов с максимальной энергией,p 300 МВВ можно создать в образцах толщиной до нескольких миллиметров скорости образо вания радиационных дефектов, превынающие те, которые возникают цри реакторном облучении; при этом параметры пер» вичных радиационных полей совпадают с приемлемой точностью (" 50%).

Формула изобретении

Способ имитации воздействии идерньпс излучений на материалы, заключающийся в облучении исследуемого материла пучКоМ тормозных гамма КВантОВ 0 т л и»

7 " 5 99640 8 ч а ю шийся тем, что, с целью уско-, Источники информации, принятые во рения процесса имитации и повышения точ- внимание при экспертизе: ности воспроизведения воздействия ядер- 1. Зеленский В. Ф. и др. Сб. Вопросы ных излучеиий быстрых и термоядерных атомной науки и техники. Серия Физика реакторов, используют гамма-кванты с 5 радиационных повреждений и радиационное энергией, превышающей энергию максиму- материаловедение". Вып. 1 (2), Харьков ма в энергетической зависимости полных 1975, 8. адронных сечений поглощения гамма-кван- 2. Иванов Н. А. и др. ФТП, 1975, тов для данного материала. ¹ 6, 1049.

f0

ru К (Гзд) 4

3 ю

0,1 f,6 фие..?

ЦНИИПИ Заказ 6 126/52 Тираж 523 Подписное

Филиал ППП Патент", г. Ужгород, ул. ПЗщекъ ная, 4