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Infragilimento da radiazioni neutroniche

1950
Ispezione dei recipienti in pressione dei reattori nucleari per l'infragilimento da radiazioni neutroniche.

L'infragilimento da neutroni è la perdita di duttilità e la tenacità dei materiali sottoposti a irraggiamento neutronico. Nei reattori nucleari, i neutroni ad alta energia spostano gli atomi dai loro siti reticolari, creando difetti come vacuità e interstiziali. Questi difetti si accumulano e formano ammassi che impediscono il movimento delle dislocazioni, aumentando così la durezza e la resistenza del materiale, ma riducendo fortemente la sua capacità di deformarsi plasticamente prima di fratturarsi.

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

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