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Journal of Nuclear Materials に掲載された事前実証研究では、ナノサイズの NbC 析出物が均一に分布した新たに製造されたオーステナイト系ステンレス鋼 (ARES-6) と従来の 316 ステンレス鋼が重イオン照射下で検査されました。ARES-6 の利点を比較するための腫れ後の挙動。
研究: 重イオン照射下でナノスケールの NbC 析出物が均一に分布したオーステナイト系ステンレス鋼の耐膨潤性。画像クレジット: Parilov/Shutterstock.com
オーステナイト系ステンレス鋼 (SS) は、高い放射線束にさらされる最新の軽水炉の製造内部部品として一般的に使用されています。
中性子捕獲によるオーステナイト系ステンレス鋼の形態の変化は、放射線硬化や熱分解などの物理的パラメータに悪影響を及ぼします。変形サイクル、気孔率、および励起は、オーステナイト系ステンレス鋼で一般的に見られる放射線誘起の微細構造の進化の例です。
さらに、オーステナイト系ステンレス鋼は放射線による真空膨張を受けやすく、炉心部品の致命的な破壊につながる可能性があります。したがって、より長い寿命とより高い生産性を備えた現代の原子炉の革新には、より多くの放射線に耐えることができる複雑なアセンブリの使用が必要です。
1970 年代初頭以来、放射性物質の開発のために多くの方法が提案されてきました。放射効率を改善する取り組みの一環として、真空膨張弾性の主要な側面の役割が研究されています。しかし、そうであっても、高ニッケルオーステナイトステンレス鋼はヘリウム液滴変形による放射線脆化を非常に受けやすいため、低オーステナイトステンレス鋼は腐食条件下で十分な耐食性を保証できません。合金構成を調整して放射効率を向上させるには、いくつかの制限もあります。
もう 1 つのアプローチは、点欠陥の排水ポイントとして機能するさまざまな微細構造特徴を含めることです。シンクは放射線誘起の固有欠陥の吸収に寄与し、空孔やギャップのグループ化によって生じる穴や変位円の形成を遅らせる可能性があります。
放射効率を改善できる吸収体として、多数の転位、小さな析出物、および粒状構造が提案されている。動的速度の概念設計といくつかの観察研究により、これらの微細構造の特徴が空隙の拡大を抑制し、放射線による成分の分離を軽減する利点があることが明らかになりました。しかし、隙間は放射線の影響で徐々に修復し、排水ポイントとしての機能を十分に果たせなくなります。
研究者らは最近、後にARES-6と名付けられた工業用製鋼プロセスを使用して、マトリックス中に均一に分散した同等の割合のナノニオブ炭化物析出物を含むオーステナイト系ステンレス鋼を製造した。
ほとんどの析出物は、放射線固有欠陥に対する十分なシンク サイトを提供すると予想され、それによって ARES-6 合金の放射線効率が向上します。ただし、炭化ニオブの微細な析出物の存在により、フレームワークに基づいて期待される耐放射線性の特性が得られません。
したがって、この研究の目的は、膨張抵抗に対する小さな炭化ニオブのプラスの効果をテストすることでした。重粒子線照射中のナノスケール病原体の寿命に関連する線量率の影響も調査されています。
ギャップの増加を調査するために、ニオブ ナノカーバイドが均一に分散された新しく製造された ARES-6 合金を工業用鋼に励起し、5 MeV のニッケル イオンを衝突させました。以下の結論は、膨潤測定、ナノメートル電子顕微鏡による微細構造研究、および落下強度計算に基づいています。
ARES-6P の微細構造特性の中で、高濃度のナノニオブ炭化物析出物が膨潤時の弾性増加の最も重要な理由ですが、高濃度のニッケルも役割を果たしています。置換頻度が高いことを考慮すると、ARES-6HR は ARES-6SA に匹敵する拡張を示し、タンク構造の強度が向上したにもかかわらず、ARES-6HR の置換だけでは効果的な排水サイトを提供できないことを示唆しています。
重イオンの衝突後、炭化ニオブの沈殿物のナノスケールの準結晶性の性質は破壊されます。その結果、この研究で使用された重イオン衝撃施設を使用すると、非照射サンプルに存在する病原体のほとんどがマトリックス内で徐々に消散しました。
ARES-6P の排水能力は 316 ステンレス鋼プレートの 3 倍であると予想されますが、測定された膨張の増加は約 7 倍です。
光に曝露したときのニオブナノ炭化物の沈殿物の溶解は、ARES-6P の予想される耐膨潤性と実際の耐膨潤性との間の大きな相違を説明する。しかし、ナノニオブカーバイド微結晶は、より低い線量率でより耐久性があると期待されており、ARES-6Pの膨張弾性は、将来、通常の原子力発電所条件下で大幅に改善されるであろう。
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.、および 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.、および Al-Musa、N. (2022)。重イオンの照射下でナノサイズの NbC が均一に分散されたオーステナイト系ステンレス鋼の耐膨潤性。核材料ジャーナル。https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022311522001714?via%3Dihub から入手できます。
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熱い汗をかきました、シャール。「新しいナノ改質リアクター合金の耐膨潤性解析」。アゾナノ。2022 年 9 月 11 日。2022 年 9 月 11 日。
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