МОСКВА, 26 сен — ПРАЙМ. Ученые Томского политехнического университет (ТПУ) предложили новый, не имеющий аналогов в мире инструмент для исследования конструкционных материалов ядерных реакторов — так называемые пучки ускоренных атомов, с помощью которых можно будет значительно ускорить исследования новых перспективных материалов для атомной энергетики на радиационную стойкость, сообщила пресс-служба ТПУ.
Результаты своих работ сотрудники ТПУ представили в субботу на проходящем в Томске VII международном конгрессе "Потоки энергии и радиационные эффекты" (EFRE-2020).
Условия, в которых находятся конструкционные элементы работающих ядерных реакторов, в том числе на АЭС, очень жесткие. За жизненный цикл они подвергаются такому интенсивному воздействию ионизирующего излучения, что число воздействий, которое выпадает на долю каждого атома кристаллической решетки этих элементов, достигает 100-200, атомы меняют положение, вследствие чего происходит радиационное повреждение конструкционных элементов.
Поэтому одна из важных проблем радиационного материаловедения заключается в исследовании и повышении устойчивости конструкционных материалов к таким условиям эксплуатации. Иначе говоря, они не должны существенно менять свои свойства за все время использования в реакторе. При низкой радиационной стойкости конструкционных элементов реактора, прежде всего тепловыделяющих элементов, может произойти их деформация и разрушение.
Для решения этой проблемы ученые в разных научных центрах мира проводят исследования материалов, помещая их в камеру облучения нейтронами около ядерного реактора и отслеживая появление существенных изменений. В этом случае на исследования уходит несколько лет. Поэтому такой путь не очень удобен для оперативной разработки новых материалов и технологий.
"В настоящее время вместо нейтронного облучения используют имитационное облучение пучками заряженных частиц. При имитационном облучении воссоздают те же условия, что и в ядерном реакторе при облучении нейтронным пучком, то же количество радиационных повреждений. Однако радиационную нагрузку, которую получает тот или иной материал в ядерном реакторе, получается набрать за несколько часов вместо нескольких лет", — отметил один из авторов работы, профессор отделения материаловедения ТПУ Александр Пушкарев, слова которого приведены в сообщении.
В практике радиационного материаловедения сейчас применяют два инструмента для имитационного облучения: электронные пучки и ионные пучки. Однако механизмы формирования радиационных дефектов при облучении пучками заряженных частиц и нейтронами значительно отличаются. Это значительно снижает достоверность результатов исследования радиационной стойкости материалов.
Ученые-политехники предложили новый инструмент — пучки ускоренных атомов. Их формирование происходит с помощью генератора мощных ионных пучков, разработанного в ТПУ профессором Геннадием Ремневым. Сначала формируется пучок ускоренных ионов, затем идет процесс их перезарядки и образования ускоренных атомов. В дальнейшем ускоренные атомы с энергией в сотни килоэлектронвольт используются для облучения материалов. По словам ученых, разработанный инструмент не имеет аналогов в мире.
"С точки зрения радиационного материаловедения это уникальный инструмент. Он отличается тем, что позволяет быстро набрать дозу, аналогичную дозе облучения в ядерном реакторе, и затратить на формирование дефектов значительно меньше энергии. Кроме того, механизмы формирования радиационных дефектов в металлах при облучении ускоренными атомами и нейтронами очень близки. Это позволяет повысить достоверность выполненных исследований радиационной стойкости материалов", — пояснил Пушкарев.
Эти исследования сотрудники ТПУ выполняли с коллегами из Даляньского политехнического университета (Китай).
