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Versprödung durch Neutronenstrahlung

1950
Prüfung von Druckbehältern in Kernreaktoren auf Versprödung durch Neutronenstrahlung.

Neutronenversprödung ist der Verlust von Duktilität und Zähigkeit in Materialien, die einer Neutronenbestrahlung ausgesetzt sind. In Kernreaktoren verdrängen hochenergetische Neutronen Atome aus ihren Gitterplätzen, wodurch Defekte wie Leerstellen und Zwischengitterplätze entstehen. Diese Defekte sammeln sich an und bilden Cluster, die die Bewegung von Versetzungen behindern und so die Härte und Festigkeit des Materials erhöhen, aber seine Fähigkeit, sich plastisch zu verformen, bevor es bricht, stark verringern.

Eine kritische Folge der Neutronenversprödung ist die Verschiebung der Duktil-Spröd-Übergangstemperatur (DBTT) nach oben. Die DBTT ist die Temperatur, unterhalb derer sich ein Material spröde verhält und oberhalb derer es duktil ist. Bei Reaktordruckbehältern, die typischerweise aus ferritischem Stahl bestehen, bedeutet diese Verschiebung, dass der Behälter bei seinen normalen Betriebstemperaturen spröde werden kann, was ein erhebliches Sicherheitsrisiko darstellt, insbesondere während der thermischen Zyklen beim Herunterfahren oder Anfahren. Das Ausmaß der DBTT-Verschiebung hängt von der Neutronenfluenz (Gesamtzahl der Neutronen pro Flächeneinheit), dem Neutronenenergiespektrum, der Bestrahlungstemperatur und der Materialzusammensetzung ab (z. B. können Kupfer- und Nickelgehalte die Versprödung beschleunigen).

Diese Entdeckung war von tiefgreifender Bedeutung, da sie einen neuen Zersetzungsmechanismus einführte, der nicht auf chemischer Korrosion oder mechanischer Ermüdung, sondern auf der Wechselwirkung subatomarer Teilchen beruhte. Das Verständnis und die Quantifizierung dieses Effekts wurden zu einem Eckpfeiler der Nukleartechnik und -sicherheit. Um ihn zu beherrschen, führen Kernkraftwerke Überwachungsprogramme durch, bei denen Proben des RDB-Materials in den Reaktor eingebracht, regelmäßig entnommen und getestet werden, um den Fortgang der Versprödung zu verfolgen und sicherzustellen, dass der Behälter während seiner gesamten Lebensdauer innerhalb der sicheren Betriebsgrenzen bleibt.

UNESCO Nomenclature: 3308
- Werkstoffkunde

Typ

Physikalischer Prozess

Unterbrechung

Grundlegendes

Verwendung

Weit verbreitete Verwendung

Vorläufersubstanzen

  • Entdeckung des Neutrons durch James Chadwick
  • Entwicklung des ersten Kernreaktors (Chicago Pile-1)
  • eugene wigners vorhersage von strahlungsschäden in festkörpern (wigner-effekt)
  • Fortschritte in der Elektronenmikroskopie zur Visualisierung von Kristallgitterdefekten
  • Entwicklung der Bruchmechanik von AA Griffith

Anwendungen

  • Lebensdauerbewertung und Verlängerungsprogramme für Kernreaktordruckbehälter (RPVs)
  • Entwicklung strahlungsresistenter Legierungen für Kernspaltungs- und Fusionsreaktoren der nächsten Generation
  • Materialüberwachungsprogramme in Kernkraftwerken zur Überwachung des Abbaus
  • Prädiktive Modellierung der Materialleistung in Umgebungen mit hoher Strahlung
  • Entwurf von Abschirm- und Strukturkomponenten für Raumfahrzeuge und Satelliten

Patente:

NA

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