Analisi della resistenza al rigonfiamento di nuove leghe di reattore nanomodificate

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In uno studio pre-dimostrato nel Journal of Nuclear Materials, l'acciaio inossidabile austenitico appena fabbricato con precipitati di NbC di dimensioni nanometriche uniformemente distribuiti (ARES-6) e l'acciaio inossidabile 316 convenzionale sono stati esaminati sotto irraggiamento di ioni pesanti.Comportamento post-gonfiore per confrontare i vantaggi di ARES-6.
Studio: resistenza al rigonfiamento dell'acciaio inossidabile austenitico con precipitati NbC su scala nanometrica uniformemente distribuiti sotto irradiazione ionica pesante.Credito immagine: Parilov/Shutterstock.com
Gli acciai inossidabili austenitici (SS) sono comunemente usati come componenti interni fabbricati nei moderni reattori ad acqua leggera dove sono esposti a flussi di radiazione elevati.
Il cambiamento nella morfologia degli acciai inossidabili austenitici dopo la cattura dei neutroni influisce negativamente su parametri fisici come l'indurimento per radiazione e la decomposizione termica.Cicli di deformazione, porosità ed eccitazione sono esempi di evoluzione della microstruttura indotta dalle radiazioni che si trovano comunemente negli acciai inossidabili austenitici.
Inoltre, l'acciaio inossidabile austenitico è soggetto all'espansione del vuoto indotta dalle radiazioni, che può portare alla distruzione potenzialmente letale dei componenti del nocciolo del reattore.Pertanto, le innovazioni nei moderni reattori nucleari con una vita più lunga e una maggiore produttività richiedono l'uso di assiemi complessi in grado di resistere a più radiazioni.
Dall'inizio degli anni '70 sono stati proposti molti metodi per lo sviluppo di materiali radioattivi.Come parte degli sforzi per migliorare l'efficienza della radiazione, è stato studiato il ruolo dei principali aspetti dell'elasticità dell'espansione del vuoto.Ma anche così, poiché gli acciai inossidabili austenitici ad alto contenuto di nichel sono molto suscettibili all'infragilimento da radiazioni dovuto alla deformazione delle gocce di elio, gli acciai inossidabili a bassa austenite non possono garantire un'adeguata protezione dalla corrosione in condizioni corrosive.Ci sono anche alcune limitazioni per migliorare l'efficienza della radiazione regolando la configurazione della lega.
Un altro approccio consiste nell'includere varie caratteristiche microstrutturali che possono fungere da punti di drenaggio per cedimenti puntuali.Il sink può contribuire all'assorbimento dei difetti intrinseci indotti dalle radiazioni, ritardando la formazione di fori e cerchi di spostamento creati dal raggruppamento di posti vacanti e lacune.
Numerose dislocazioni, minuscoli precipitati e strutture granulari sono state proposte come assorbitori che potrebbero migliorare l'efficienza delle radiazioni.Il progetto concettuale della velocità dinamica e diversi studi osservazionali hanno rivelato i vantaggi di queste caratteristiche microstrutturali nella soppressione dell'espansione del vuoto e nella riduzione della separazione dei componenti indotta dalle radiazioni.Tuttavia, il divario guarisce gradualmente sotto l'influenza delle radiazioni e non svolge completamente la funzione di punto di drenaggio.
I ricercatori hanno recentemente prodotto acciaio inossidabile austenitico con una proporzione comparabile di precipitati di carburo di nano-niobio dispersi uniformemente nella matrice utilizzando un processo di produzione dell'acciaio industriale che è stato successivamente denominato ARES-6.
Si prevede che la maggior parte dei precipitati fornisca siti di assorbimento sufficienti per i difetti intrinseci della radiazione, aumentando così l'efficienza della radiazione delle leghe ARES-6.Tuttavia, la presenza di precipitati microscopici di carburo di niobio non fornisce le proprietà attese di resistenza alle radiazioni basate sulla struttura.
Pertanto, lo scopo di questo studio era testare l'effetto positivo dei piccoli carburi di niobio sulla resistenza all'espansione.Sono stati studiati anche gli effetti del tasso di dose correlati alla longevità dei patogeni su scala nanometrica durante il bombardamento di ioni pesanti.
Per studiare l'aumento del divario, una lega ARES-6 di nuova produzione con nanocarburi di niobio dispersi uniformemente ha eccitato l'acciaio industriale e lo ha bombardato con ioni di nichel da 5 MeV.Le seguenti conclusioni si basano su misurazioni del rigonfiamento, studi sulla microscopia elettronica nanometrica e calcoli sulla resistenza alla caduta.
Tra le proprietà microstrutturali di ARES-6P, l'elevata concentrazione di precipitati di carburo di nanoniobio è la ragione più importante per l'aumento dell'elasticità durante il rigonfiamento, sebbene anche l'elevata concentrazione di nichel abbia un ruolo.Data l'elevata frequenza di spostamenti, ARES-6HR ha mostrato un'espansione paragonabile a ARES-6SA, suggerendo che, nonostante la maggiore resistenza della struttura del serbatoio, lo spostamento in ARES-6HR da solo non può fornire un sito di drenaggio efficace.
Dopo il bombardamento con ioni pesanti, la natura quasi cristallina su scala nanometrica dei precipitati di carburo di niobio viene distrutta.Di conseguenza, quando si utilizza l'impianto di bombardamento di ioni pesanti utilizzato in questo lavoro, la maggior parte dei patogeni preesistenti in campioni non irradiati si è gradualmente dissipata nella matrice.
Sebbene la capacità di drenaggio di ARES-6P dovrebbe essere tre volte superiore a quella della piastra in acciaio inossidabile 316, l'aumento misurato dell'espansione è di circa sette volte.
La dissoluzione dei precipitati di nanocarburo di niobio all'esposizione alla luce spiega la grande discrepanza tra la resistenza al rigonfiamento prevista e quella effettiva di ARES-6P.Tuttavia, si prevede che i cristalliti di carburo di nanoniobio siano più durevoli a dosi più basse e l'elasticità di espansione di ARES-6P sarà notevolmente migliorata in futuro nelle normali condizioni delle centrali nucleari.
Shin, JH, Kong, BS, Jeong, C., Eom, HJ, Jang, C. e AlMousa, N. (2022). Shin, JH, Kong, BS, Jeong, C., Eom, HJ, Jang, C. e AlMousa, N. (2022). Shin, JH, Kong, BS, Chon, K., Eom, HJ, Jang, K. e 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. e Al-Musa, N. (2022).Resistenza al rigonfiamento dell'acciaio inossidabile austenitico con precipitati NbC di dimensioni nanometriche uniformemente distribuiti sotto irraggiamento con ioni pesanti.Giornale di materiali nucleari.Disponibile su: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022311522001714?via%3Dihub.
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Sudore caldo, Shahr.(22 marzo 2022).È stata analizzata la resistenza al rigonfiamento di una nuova lega di reattore nanomodificata.AZonano.Estratto l'11 settembre 2022 da https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=38861.
Sudore caldo, Shahr."Analisi della resistenza al rigonfiamento di nuove leghe di reattore nano-modificate".AZonano.11 settembre 2022 .11 settembre 2022 .
Sudore caldo, Shahr."Analisi della resistenza al rigonfiamento di nuove leghe di reattore nano-modificate".AZonano.https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=38861.(A partire dall'11 settembre 2022).
Sudore caldo, Shahr.2022. Analisi della resistenza al rigonfiamento di nuove leghe nanomodificate del reattore.AZoNano, consultato l'11 settembre 2022, https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=38861.
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Tempo di pubblicazione: 12 settembre 2022