Диссертация на соискание ученой степени кандидата
физико-математических наук: 01.04.07 - Физика конденсированного
состояния. — Федеральное государственное автономное образовательное
учреждение высшего профессионального образования Национальный
исследовательский ядерный университет МИФИ. — Москва, 2014. — 114
с.
Научный руководитель: кандидат технических наук, профессор Баранов
В.Г.
Научный консультант: кандидат технических наук, доцент Тенишев А.В. Введение
Особенности структурных изменений оксидного ядерного топлива при длительном воздействии облучения
Данные реакторных экспериментов
Данные имитационных экспериментов
Механизмы образования структуры глубокого выгорания
Выводы по главе
Эксперименты по имитации эффектов глубокого выгорания путем ионного облучения образцов модельного оксидного ядерного топлива
Выбор состава и подготовка образцов модельного ядерного топлива
Ионное облучение образцов модельного ядерного топлива
Результаты анализа структурно-фазового состояния облученных образцов
Обсуждение результатов структурно-фазового анализа и определение сценария перестройки структуры в облученных образцах МЯТ
Проверка воспроизводимости результатов
Выводы по главе
Феноменологическая модель взаимодействия дислокаций в облученном оксидном ядерном топливе
Описание модели
Результаты расчетов
Стационарное решение для системы с постоянным числом частиц
Квазистационарное решение для системы c переменным числом частиц
Область применимости полученных результатов
Выводы по главе
Основные выводы
Список литературы Целью работы явилось определение возможных механизмов изменения микроструктуры в оксидном ядерном топливе при глубоком выгорании и построение физической модели начальной стадии формирования rim-зоны. Научная новизна
Установлена связь между механизмами изменения микроструктуры оксидного ядерного топлива и характеристиками облучения в реакторе на тепловых нейтронах. Впервые обоснованы режимы ионного облучения для имитации среднего выгорания 40–60 ГВт∙сут/т U в оксидном ядерном топливе и смоделированы эффекты глубокого выгорания путем ионного облучения образцов модельного ядерного топлива (МЯТ) с имитаторами продуктов деления (ИПД).
Впервые обнаружено, что облучение образцов МЯТ тяжелыми ионами высоких энергий приводит к формированию субзерен с размером 150–400 нм и активации диффузионных процессов. При облучении образцов в режиме максимальных каскадных повреждений (тяжелые ионы низкой энергии), либо в режиме имплантации максимального количества ионов инертных газов (легкие ионы низкой энергии) аналогичных результатов не наблюдалось, что свидетельствует о невозможности перестройки структуры лишь за счет накопления каскадных повреждений или внедренного газа.
Впервые получено соответствие значений размеров субзерен, плотности дислокаций и параметра решетки матрицы в облученном слое образцов МЯТ характеристикам rim-структуры оксидного топлива реакторов на тепловых нейтронах.
Предложена физическая модель упругого взаимодействия дислокаций в оксидном топливе глубокого выгорания. Показано, что в случае высокой скорости диффузионного переползания дислокаций при значениях плотности pp=(4-6) х 1014 м-2 происходит упорядочение хаотического распределения дислокаций и образование периодической структуры. На основании сравнения результатов расчета и экспериментальных данных предложен основной (дислокационный) механизм формирования СГВ в оксидном топливе.
Научный консультант: кандидат технических наук, доцент Тенишев А.В. Введение
Особенности структурных изменений оксидного ядерного топлива при длительном воздействии облучения
Данные реакторных экспериментов
Данные имитационных экспериментов
Механизмы образования структуры глубокого выгорания
Выводы по главе
Эксперименты по имитации эффектов глубокого выгорания путем ионного облучения образцов модельного оксидного ядерного топлива
Выбор состава и подготовка образцов модельного ядерного топлива
Ионное облучение образцов модельного ядерного топлива
Результаты анализа структурно-фазового состояния облученных образцов
Обсуждение результатов структурно-фазового анализа и определение сценария перестройки структуры в облученных образцах МЯТ
Проверка воспроизводимости результатов
Выводы по главе
Феноменологическая модель взаимодействия дислокаций в облученном оксидном ядерном топливе
Описание модели
Результаты расчетов
Стационарное решение для системы с постоянным числом частиц
Квазистационарное решение для системы c переменным числом частиц
Область применимости полученных результатов
Выводы по главе
Основные выводы
Список литературы Целью работы явилось определение возможных механизмов изменения микроструктуры в оксидном ядерном топливе при глубоком выгорании и построение физической модели начальной стадии формирования rim-зоны. Научная новизна
Установлена связь между механизмами изменения микроструктуры оксидного ядерного топлива и характеристиками облучения в реакторе на тепловых нейтронах. Впервые обоснованы режимы ионного облучения для имитации среднего выгорания 40–60 ГВт∙сут/т U в оксидном ядерном топливе и смоделированы эффекты глубокого выгорания путем ионного облучения образцов модельного ядерного топлива (МЯТ) с имитаторами продуктов деления (ИПД).
Впервые обнаружено, что облучение образцов МЯТ тяжелыми ионами высоких энергий приводит к формированию субзерен с размером 150–400 нм и активации диффузионных процессов. При облучении образцов в режиме максимальных каскадных повреждений (тяжелые ионы низкой энергии), либо в режиме имплантации максимального количества ионов инертных газов (легкие ионы низкой энергии) аналогичных результатов не наблюдалось, что свидетельствует о невозможности перестройки структуры лишь за счет накопления каскадных повреждений или внедренного газа.
Впервые получено соответствие значений размеров субзерен, плотности дислокаций и параметра решетки матрицы в облученном слое образцов МЯТ характеристикам rim-структуры оксидного топлива реакторов на тепловых нейтронах.
Предложена физическая модель упругого взаимодействия дислокаций в оксидном топливе глубокого выгорания. Показано, что в случае высокой скорости диффузионного переползания дислокаций при значениях плотности pp=(4-6) х 1014 м-2 происходит упорядочение хаотического распределения дислокаций и образование периодической структуры. На основании сравнения результатов расчета и экспериментальных данных предложен основной (дислокационный) механизм формирования СГВ в оксидном топливе.