shkolaput.ru 1 2 ... 4 5

На правах рукописи

УДК 621.039.531
Поролло Сергей Иванович
РАСПУХАНИЕ И МИКРОСТРУКТУРА ОБОЛОЧЕЧНЫХ СТА-
ЛЕЙ ЭИ-847, ЭП-172, ЧС-68 ПОСЛЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ 
ТВЭЛОВ РЕАКТОРА БН-600
Специальность 05.14.03 –«Ядерные энергетические установки, включая 
проектирование, эксплуатацию и вывод из эксплуатации»
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание учёной степени
кандидата технических наук
Обнинск -2008


Работа выполнена в Федеральном государственном унитарном предприятии 
«Государственном научном центре Российской Федерации – Физико-энергети-
ческий институте имени А. И. Лейпунского»
Научный руководитель:
доктор физ. мат. наук, профессор 
Конобеев Ю. В.
Официальные оппоненты:
доктор технических наук,
Неустроев В. С.  (ОАО «ГНЦ НИИАР»);
кандидат технических наук,
Забудько Л. М.    (ФГУП «ГНЦ РФ-ФЭИ»)
Ведущая организация:
                                         Федеральное государственное унитарное пред-
приятие «Всероссийский научно-исследовательский институт неорганических 
материалов имени академика А.А. Бочвара» (ВНИИНМ).
Защита состоится                    2009 г на заседании Диссертационного со-
вета Д 201.003.01 при ФГУП «ГНЦ РФ – ФЭИ» в конференц-зале по адресу: 
249033, г. Обнинск Калужской обл., пл. Бондаренко, д. 1.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГУП «ГНЦ РФ-ФЭИ»
Автореферат разослан 
«_____»_________________2008 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета  
Ю. А. Прохоров

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы.  Реакторы на быстрых нейтронах являются важной 
составляющей атомной энергетики и их роль в будущем будет возрастать. Вы-
сокая экономичность и конкурентоспособность быстрых реакторов может быть 

обеспечена   лишь   при   достижении   глубокого   выгорания   ядерного   топлива. 

Опыт эксплуатации быстрых реакторов показывает, что основным препятстви-
ем в достижении высоких выгораний топлива в настоящее время является недо-
статочная радиационная стойкость оболочек твэлов. Как показывают послере-
акторные материаловедческие исследования, под действием нейтронов проис-
ходит значительная деградация физико-механических свойств материала обо-
лочек, что, в конечном счете, приводит к разрушению твэлов. Одним из наибо-
лее   значимых   факторов,   способствующих   преждевременному   разрушению 
твэлов, является вакансионное распухание оболочечного материала. Открытое 
в 1967 году явление вакансионного распухания (void swelling) аустенитных не-
ржавеющих сталей до настоящего времени остается предметом интенсивного 
изучения. Это обусловлено теми негативными последствиями, которые оно мо-
жет оказывать на работоспособность элементов активной зоны быстрых реакто-
ров. Первым следствием образования пор является увеличение объема материа-
ла. Отсутствие насыщения распухания на приемлемом уровне и, напротив, его 
ускорение с ростом повреждающей дозы приводит к значительному распуха-
нию (изменение объема 30 % и более) и, как следствие, к значительному увели-
чению размеров элементов активной зоны, изготовленных из аустенитных не-
ржавеющих сталей. Высокая чувствительность распухания к температуре облу-
чения и повреждающей дозе приводит к искажениям формы компонент актив-
ной зоны из-за градиентов температуры и дозы. Вторым следствием высокого 
распухания является практически полное охрупчивание конструкционных ма-
териалов при достижении ими определенного уровня распухания. Для оболочек 
твэлов быстрых реакторов вызванное распуханием увеличение диаметра сопро-
вождается аномально высоким коррозионным повреждением оболочек со сто-
роны   топливной   композиции.   Долгое   время   считалось,   что   распухание 
3


конструкционных материалов – это явление, присущее лишь быстрым реакто-

рам с высоким уровнем радиационных повреждений и температур. Вместе с 
тем есть данные об образовании и росте вакансионных пор в условиях, харак-
терных для  тепловых реакторов, например, в компонентах внутрикорпусных 
устройств ВВЭР, изготавливаемых из аустенитных сталей, и, таким образом, 
проблема создания материалов с высоким сопротивлением к распуханию стано-
вится как никогда актуальной.
Цель работы и задачи исследования. Целью работы являлось изучение 
характеристик вакансионного распухания и эволюции микроструктуры аусте-
нитных нержавеющих сталей ЭИ-847, ЭП-172 и ЧС-68 при высокодозном ней-
тронном облучении и исследование основных механизмов повреждения оболо-
чек твэлов реактора БН-600 при высоких уровнях выгорания ядерного топлива. 
Для достижения цели были решены следующие задачи:
• установлены   основные   факторы,   приводящие   к   значительной   деградации 
физико-механических свойств материала оболочек твэлов промышленного 
реактора БН-600 при высоких уровнях выгорания;
• определены дозно-температурные зависимости распухания аустенитных не-
ржавеющих сталей ЭИ-847, ЭП-172 и ЧС-68, применяемых в качестве мате-
риала оболочек твэлов реактора БН-600;
• исследованы закономерности изменения дислокационной структуры и фазо-
вого состава облученных нейтронами сталей ЭИ-847, ЭП-172 и ЧС-68 в за-
висимости от повреждающей дозы и температуры облучения.
Научная новизна работы.
1
Впервые   получены   дозно-температурные   зависимости   параметров   вакан-
сионных пор (размер, концентрация, объемная доля) в облученных нейтро-
нами до высоких повреждающих доз отечественных аустенитных нержавею-
щих сталях ЭИ-847, ЭП-172 и ЧС-68.
2
Впервые определены закономерности эволюции дислокационной структуры 
и   построены   дозно-температурные   диаграммы   существования   вторичных 
4



следующая страница >>