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Fragilização por radiação de nêutrons

1950
Inspeção do vaso de pressão do reator nuclear quanto à fragilização por radiação de nêutrons.

(Imagem gerada apenas para fins ilustrativos)

A fragilização por nêutrons é a perda de ductilidade e resistência em materiais submetidos à irradiação de nêutrons. Em reatores nucleares, alta energia Os nêutrons deslocam átomos de seus sítios na rede cristalina, criando defeitos como vacâncias e interstícios. Esses defeitos se acumulam e formam aglomerados que impedem o movimento das discordâncias, aumentando assim a dureza e a resistência do material, mas reduzindo drasticamente sua capacidade de deformação plástica antes da fratura.

Uma consequência crítica da fragilização por nêutrons é o aumento da temperatura de transição dúctil-frágil (TTDF). A TTDF é a temperatura abaixo da qual um material se comporta de maneira frágil e acima da qual ele se comporta de maneira dúctil. Para vasos de pressão de reatores, tipicamente feitos de aço ferrítico, esse aumento significa que o vaso pode se tornar frágil em suas temperaturas normais de operação, representando um risco significativo à segurança, particularmente durante os ciclos térmicos de desligamento ou inicialização. A magnitude do aumento da TTDF é função da fluência de nêutrons (total de nêutrons por unidade de área), do espectro de energia dos nêutrons, da temperatura de irradiação e da composição do material (por exemplo, o teor de cobre e níquel pode acelerar a fragilização).

A novidade dessa descoberta foi profunda, pois introduziu um novo mecanismo de degradação que não se baseava em corrosão química ou fadiga mecânica, mas em interações de partículas subatômicas. Compreender e quantificar esse efeito tornou-se um pilar da engenharia e segurança nuclear. Para gerenciá-lo, as usinas nucleares executam programas de monitoramento nos quais amostras do material do vaso de pressão do reator (VPR) são colocadas dentro do reator, removidas periodicamente e testadas para acompanhar a progressão da fragilização, garantindo que o vaso permaneça dentro dos limites operacionais seguros durante toda a sua vida útil.

UNESCO Nomenclature: 3308
Ciência dos materiais

Tipo

Processo físico

Interrupção

Fundamentais

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • Descoberta do nêutron por James Chadwick
  • desenvolvimento do primeiro reator nuclear (Chicago Pile-1)
  • Previsão de Eugene Wigner sobre danos por radiação em sólidos (efeito Wigner)
  • Avanços na microscopia eletrônica para visualizar defeitos na rede cristalina
  • Desenvolvimento da mecânica da fratura por A.A. Griffith

Aplicações

  • Programas de avaliação e extensão da vida útil de vasos de pressão de reatores nucleares (RPVs)
  • Desenvolvimento de ligas resistentes à radiação para reatores de fissão e fusão de próxima geração.
  • Programas de vigilância de materiais em instalações nucleares para monitorar a degradação
  • modelagem preditiva do desempenho de materiais em ambientes de alta radiação
  • Projeto de componentes de blindagem e estruturais para espaçonaves e satélites.

Patentes:

NA

Ideias de Inovação Potencial

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Relacionado a: fragilização por nêutrons, danos por radiação, reator nuclear, DBTT (dispositivo de transferência de prótons em bloco), vaso de pressão do reator, tenacidade à fratura, defeitos na rede cristalina, irradiação, ciência dos materiais, engenharia nuclear.

Contexto histórico

Fragilização por radiação de nêutrons

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1956

(Caso a data seja desconhecida ou irrelevante, por exemplo, "mecânica dos fluidos", é fornecida uma estimativa aproximada de seu surgimento notável)

Princípios relacionados à invenção, inovação e tecnologia

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