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In einer vorab im Journal of Nuclear Materials veröffentlichten Studie wurden frisch hergestellter austenitischer Edelstahl mit gleichmäßig verteilten nanoskaligen NbC-Ausscheidungen (ARES-6) und herkömmlicher Edelstahl 316 unter Schwerionenbestrahlung untersucht.Verhalten nach der Schwellung zum Vergleich der Vorteile von ARES-6.
Studie: Quellbeständigkeit von austenitischem Edelstahl mit gleichmäßig verteilten nanoskaligen NbC-Ausscheidungen unter Schwerionenbestrahlung.Bildnachweis: Parilov/Shutterstock.com
Austenitische Edelstähle (SS) werden üblicherweise als gefertigte Innenkomponenten in modernen Leichtwasserreaktoren verwendet, wo sie hohen Strahlungsflüssen ausgesetzt sind.
Die Veränderung der Morphologie austenitischer Edelstähle beim Neutroneneinfang wirkt sich nachteilig auf physikalische Parameter wie Strahlungshärtung und thermische Zersetzung aus.Verformungszyklen, Porosität und Anregung sind Beispiele für die strahlungsinduzierte Mikrostrukturentwicklung, die häufig in austenitischen rostfreien Stählen zu finden ist.
Darüber hinaus unterliegt austenitischer Edelstahl einer strahlungsinduzierten Vakuumausdehnung, die zur potenziell tödlichen Zerstörung von Reaktorkernkomponenten führen kann.Daher erfordern Innovationen bei modernen Kernreaktoren mit längerer Lebensdauer und höherer Produktivität den Einsatz komplexer Baugruppen, die einer höheren Strahlung standhalten.
Seit den frühen 1970er Jahren wurden viele Methoden zur Entwicklung radioaktiver Materialien vorgeschlagen.Im Rahmen der Bemühungen zur Verbesserung der Strahlungseffizienz wurde die Rolle der Hauptaspekte der Vakuumausdehnungselastizität untersucht.Da austenitische Edelstähle mit hohem Nickelgehalt aufgrund der Deformation von Heliumtröpfchen jedoch sehr anfällig für Strahlungsversprödung sind, können rostfreie Stähle mit niedrigem Austenitgehalt unter korrosiven Bedingungen keinen ausreichenden Korrosionsschutz gewährleisten.Es gibt auch einige Einschränkungen bei der Verbesserung der Strahlungseffizienz durch Abstimmung der Legierungskonfiguration.
Ein anderer Ansatz besteht darin, verschiedene mikrostrukturelle Merkmale einzubeziehen, die als Entwässerungspunkte für Punktausfälle dienen können.Senken können zur Absorption strahlungsinduzierter intrinsischer Defekte beitragen und die Bildung von Löchern und Verdrängungskreisen verzögern, die durch die Gruppierung von Leerstellen und Lücken entstehen.
Als Absorber, die die Strahlungseffizienz verbessern könnten, wurden zahlreiche Versetzungen, winzige Ausscheidungen und körnige Strukturen vorgeschlagen.Das dynamische Geschwindigkeitskonzept und mehrere Beobachtungsstudien haben die Vorteile dieser mikrostrukturellen Merkmale bei der Unterdrückung der Hohlraumausdehnung und der Reduzierung der strahlungsinduzierten Komponententrennung aufgezeigt.Allerdings heilt der Spalt unter Strahlungseinfluss allmählich aus und erfüllt nicht mehr vollständig die Funktion einer Abflussstelle.
Die Forscher stellten kürzlich austenitischen Edelstahl mit einem vergleichbaren Anteil an gleichmäßig in der Matrix verteilten Nano-Niobcarbid-Ausscheidungen her, indem sie ein industrielles Stahlherstellungsverfahren verwendeten, das später den Namen ARES-6 erhielt.
Es wird erwartet, dass die meisten Ausscheidungen ausreichend Senkenstellen für strahlungsintrinsische Defekte bieten und dadurch die Strahlungseffizienz von ARES-6-Legierungen erhöhen.Das Vorhandensein mikroskopisch kleiner Ausscheidungen von Niobkarbid führt jedoch nicht zu den erwarteten Eigenschaften der Strahlenbeständigkeit basierend auf dem Gerüst.
Ziel dieser Studie war es daher, den positiven Effekt kleiner Niobkarbide auf den Expansionswiderstand zu testen.Es wurden auch Dosisleistungseffekte im Zusammenhang mit der Langlebigkeit nanoskaliger Krankheitserreger während des Schwerionenbeschusses untersucht.
Um die Vergrößerung des Spalts zu untersuchen, erregte eine neu hergestellte ARES-6-Legierung mit gleichmäßig verteilten Niob-Nanocarbiden Industriestahl und bombardierte ihn mit 5-MeV-Nickelionen.Die folgenden Schlussfolgerungen basieren auf Quellungsmessungen, Mikrostrukturstudien mit Nanometer-Elektronenmikroskopie und Berechnungen der Fallfestigkeit.
Unter den mikrostrukturellen Eigenschaften von ARES-6P ist die hohe Konzentration an Nanoniobcarbid-Ausscheidungen der wichtigste Grund für die erhöhte Elastizität beim Quellen, obwohl auch die hohe Konzentration an Nickel eine Rolle spielt.Angesichts der hohen Häufigkeit von Verschiebungen wies ARES-6HR eine mit ARES-6SA vergleichbare Ausdehnung auf, was darauf hindeutet, dass trotz der erhöhten Festigkeit der Tankstruktur die Verschiebung in ARES-6HR allein keine wirksame Entwässerungsstelle bieten kann.
Nach dem Beschuss mit Schwerionen wird die nanoskalige quasikristalline Natur der Niobcarbid-Ausscheidungen zerstört.Infolgedessen lösten sich bei Verwendung der in dieser Arbeit eingesetzten Schwerionenbeschussanlage die meisten bereits vorhandenen Krankheitserreger in nicht bestrahlten Proben allmählich in der Matrix auf.
Obwohl erwartet wird, dass die Entwässerungskapazität von ARES-6P dreimal so hoch ist wie die von 316-Edelstahlplatten, beträgt die gemessene Ausdehnungssteigerung ungefähr das Siebenfache.
Die Auflösung von Niob-Nanocarbid-Niederschlägen bei Lichteinwirkung erklärt die große Diskrepanz zwischen der erwarteten und der tatsächlichen Quellbeständigkeit von ARES-6P.Es wird jedoch erwartet, dass Nanoniobcarbid-Kristallite bei niedrigeren Dosisleistungen haltbarer sind und die Ausdehnungselastizität von ARES-6P unter normalen Kernkraftwerksbedingungen in Zukunft deutlich verbessert wird.
Shin, JH, Kong, BS, Jeong, C., Eom, HJ, Jang, C. & AlMousa, N. (2022). Shin, JH, Kong, BS, Jeong, C., Eom, HJ, Jang, C. & AlMousa, N. (2022). Shin, JH, Kong, BS, Chon, K., Eom, HJ, Jang, K. & Al-Musa, N. (2022). Shin, JH, Kong, BS, Jeong, C., Eom, HJ, Jang, C., & AlMousa, N. (2022)。 Shin, JH, Kong, BS, Jeong, C., Eom, HJ, Jang, C., & AlMousa, N. (2022)。 Shin, JH, Kong, BS, Chon, K., Eom, HJ, Jang, K. & Al-Musa, N. (2022).Quellbeständigkeit von austenitischem Edelstahl mit gleichmäßig verteilten nanoskaligen NbC-Ausscheidungen unter Bestrahlung mit Schwerionen.Zeitschrift für Kernmaterialien.Verfügbar unter: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022311522001714?via%3Dihub.
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Heißer Schweiß, Shahr.(22. März 2022).Der Quellwiderstand einer neuen nanomodifizierten Reaktorlegierung wurde analysiert.AZonano.Abgerufen am 11. September 2022 von https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=38861.
Heißer Schweiß, Shahr.„Analyse der Quellbeständigkeit neuer nanomodifizierter Reaktorlegierungen“.AZonano.11. September 2022 .11. September 2022 .
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Heißer Schweiß, Shahr.2022. Analyse der Quellbeständigkeit neuer nanomodifizierter Reaktorlegierungen.AZoNano, abgerufen am 11. September 2022, https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=38861.
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