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Infragilimento da radiazioni neutroniche

1950
Ispezione del contenitore a pressione del reattore nucleare per verificare la fragilità da radiazioni neutroniche.

(Immagine generata a solo scopo illustrativo)

L'infragilimento da neutroni è la perdita di duttilità e tenacità nei materiali sottoposti a irradiazione neutronica. Nei reattori nucleari, alta energia I neutroni spostano gli atomi dalle loro posizioni reticolari, creando difetti come vacanze e interstiziali. Questi difetti si accumulano e formano agglomerati che ostacolano il movimento delle dislocazioni, aumentando così la durezza e la resistenza del materiale, ma riducendo drasticamente la sua capacità di deformarsi plasticamente prima della frattura.

Una conseguenza critica dell'infragilimento neutronico è l'aumento della temperatura di transizione da duttile a fragile (DBTT). La DBTT è la temperatura al di sotto della quale un materiale si comporta in modo fragile e al di sopra della quale è duttile. Per i recipienti a pressione dei reattori, tipicamente realizzati in acciaio ferritico, questo spostamento significa che il recipiente potrebbe diventare fragile alle sue normali temperature di esercizio, rappresentando un rischio significativo per la sicurezza, in particolare durante i cicli termici di spegnimento o avvio. L'entità dello spostamento della DBTT è funzione della fluenza neutronica (neutroni totali per unità di area), dello spettro energetico dei neutroni, della temperatura di irradiazione e della composizione del materiale (ad esempio, il contenuto di rame e nichel può accelerare l'infragilimento).

La novità di questa scoperta fu profonda, poiché introdusse un nuovo meccanismo di degradazione che non si basava sulla corrosione chimica o sulla fatica meccanica, ma sulle interazioni tra particelle subatomiche. La comprensione e la quantificazione di questo effetto divennero un pilastro dell'ingegneria nucleare e della sicurezza. Per gestirlo, le centrali nucleari attuano programmi di sorveglianza in cui campioni del materiale RPV vengono posizionati all'interno del reattore, rimossi periodicamente e testati per monitorare la progressione dell'infragilimento, garantendo che il contenitore rimanga entro i limiti operativi di sicurezza per tutta la sua vita utile.

UNESCO Nomenclature: 3308
- Scienza dei materiali

Tipo

Processo fisico

Interruzione

Fondamento

Utilizzo

Uso diffuso

Precursori

  • scoperta del neutrone da parte di james chadwick
  • sviluppo del primo reattore nucleare (chicago pile-1)
  • La previsione di eugene wigner del danno da radiazione nei solidi (effetto wigner)
  • progressi nella microscopia elettronica per visualizzare i difetti del reticolo cristallino
  • sviluppo della meccanica della frattura da parte di a.a. griffith

Applicazioni

  • programmi di valutazione e estensione della durata di vita per i recipienti a pressione dei reattori nucleari (RPV)
  • sviluppo di leghe resistenti alle radiazioni per reattori a fissione e fusione di prossima generazione
  • programmi di sorveglianza dei materiali negli impianti nucleari per monitorare il degrado
  • modellazione predittiva delle prestazioni dei materiali in ambienti ad alta radiazione
  • progettazione di componenti schermanti e strutturali per veicoli spaziali e satelliti

Brevetti:

NA

Idee e potenziali innovazioni

  • leghe autoricotturanti che utilizzano il calore di decadimento radioattivo per riparare periodicamente i danni al reticolo
  • nanostructured materials with a high density of grain boundaries that act as sinks for radiation-induced defects
  • sistemi basati sull'intelligenza artificiale per la previsione in tempo reale dello spostamento del dbtt in base ai dati operativi del reattore
  • ‘sacrificial’ internal cladding that absorbs the majority of neutron damage, protecting the structural vessel
  • in-situ acustico emission sensors to ‘listen’ for micro-fractures indicative of embrittlement
  • sviluppo di materiali per reattori a fusione resistenti ai danni da neutroni da 14 mev
  • sistemi robotici in grado di eseguire la ricottura laser localizzata all'interno di un recipiente del reattore
  • materiali compositi metallo-ceramici progettati per fermare le cascate di difetti
  • simulazioni a livello quantistico per progettare leghe con strutture elettroniche ottimali per la resistenza alle radiazioni
  • materiali biomimetici che emulano i meccanismi di riparazione delle radiazioni presenti in organismi come il deinococcus radiodurans
Correlato a: infragilimento da neutroni, danno da radiazioni, reattore nucleare, dbtt, recipiente in pressione del reattore, tenacità della frattura, difetti reticolari, irradiazione, scienza dei materiali, ingegneria nucleare.

Contesto storico

Infragilimento da radiazioni neutroniche

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1956

(se la data è sconosciuta o non rilevante, ad esempio "meccanica dei fluidi", viene fornita una stima approssimativa della sua notevole comparsa)

decimo anno anniversario

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