Р О С С И Й С К А Я   А К А Д Е М И Я   Н А У К

ОТДЕЛЕНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ НАУК

Научный совет по проблеме

РАДИАЦИОННАЯ ФИЗИКА ТВЕРДОГО ТЕЛА

Общая характеристика состояния исследований по тематике НС РФТТ

Современные задачи, стоящие перед ядерной энергетикой (увеличение степени выгорания топлива, минимизация количества радиоактивных отходов и пр.), а также разработка новых типов реакторов, предъявляют все более жесткие требования к долговечности конструкционных материалов. Поэтому существует острая необходимость в разработке материалов с улучшенными характеристиками, включая механическую прочность, достаточную пластичность, хорошую радиационную стойкость, а также устойчивость к коррозии. На сегодняшний день такие разработки активно и вполне успешно проводятся многими научными группами в разных странах мира, в том числе в России. При этом работы ведутся сразу в нескольких направлениях (аустенитные стали, ДУО-стали, ванадиевые сплавы, никелевые суперсплавы и. др.). Это внушает уверенность в том, что задачи по разработке новых и улучшению свойств уже использующихся конструкционных материалов будут решены успешно.

Однако получение новых конструкционных материалов не ограничивается лишь их разработкой. Необходима экспериментальная проверка поведения разработанных материалов в реальных условиях эксплуатации. Испытание материалов непосредственно в реакторах затруднено в силу экономических и технических условий, а также требований безопасной эксплуатации ядерных установок. Кроме того, облучение испытуемых материалов в реакторах является длительным и дорогостоящим методом. И если большую часть этих ограничений можно обойти использованием исследовательских реакторов, то значительно сократить сроки проведения испытаний и их стоимость технически и физически невозможно.

Эффективным методом проведения испытаний реакторных материалов может стать имитация реакторного облучения с помощью ускорителей ионов. Главным преимуществом ускорителей является высокая интенсивность ионного пучка, что позволяет набирать дозу облучения материалов значительно быстрее, чем в ядерных реакторах, и, тем самым, сократить в несколько раз сроки проведения испытаний. Кроме того, ионное облучение фактически является единственным методом, позволяющим за разумное время исследовать радиационную стойкость материалов при повреждающих дозах 150 - 200 сна и выше. Преимуществами ионного облучения являются также возможность имитировать самые разные условия облучения (температура, доза, энергия ионов, наличие механических напряжений и пр.) в широком диапазоне, в том числе недоступном для ядерных реакторов, а также возможность поддерживать заданные условия в процессе всего облучения.

Однако особенности механизмов взаимодействия нейтронов и ионов с веществом, в частности различие в процессах первичной повреждаемости, создаваемой нейтронами и ионами, не позволяют напрямую переносить данные, полученные при ионном облучении на случай нейтронного облучения. Для решения этой проблемы сегодня интенсивно проводятся работы по изучению особенностей образования первичных повреждений, возникающих при ионном и нейтроном облучении. При этом кроме физических экспериментов активно используются методы математического моделирования. Ведутся экспериментальные работы по подбору типа используемых ионов, их энергии, интенсивности пучков, условий облучения и других параметров с тем, чтобы можно было надежно прогнозировать поведение материалов в условиях их работы в ядерных реакторах, основываясь на полученных при ионном облучении результатах. В случае решения этих задач ускорители ионов можно будет использовать в качестве безопасного и сравнительно дешевого экспрессного метода проведения испытаний реакторных материалов.

Следует отметить, что, помимо испытаний, ионное облучение позволяет отслеживать изменение характеристик материалов непосредственно при облучении, а также выявлять механизмы радиационных явлений, таких, как радиационное распухание, радиационное охрупчивание, радиационно-индуцированная сегрегация, образование или растворение выделений вторых фаз и других. Таким образом, облучение ионнами может использоваться не только для испытаний реакторных материалов, но одновременно и для исследования их поведения при облучении.