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中子辐射脆化

1950
核反应堆压力容器中子辐射脆化检测。

(图片仅供参考)

Neutron embrittlement is the loss of ductility 以及材料在受到中子辐照后的韧性。在核反应堆中, 高能 中子会使原子从晶格位置移开,产生空位和间隙原子等缺陷。这些缺陷会积累并形成团簇,阻碍位错运动,从而提高材料的硬度和强度,但会严重降低其在断裂前发生塑性变形的能力。

中子脆化的一个关键后果是延性-脆性转变温度 (DBTT) 的上升。DBTT 是指材料在低于该温度时表现出脆性,高于该温度时表现出延性。对于通常由铁素体钢制成的反应堆压力容器而言,这种转变意味着容器在正常工作温度下可能变脆,从而构成重大安全风险,尤其是在停堆或启动热循环期间。DBTT 的偏移量取决于中子注量(单位面积的总中子数)、中子能谱、辐照温度和材料成分(例如,铜和镍含量会加速脆化)。

这一发现意义深远,因为它引入了一种新的退化机制,这种机制并非基于化学腐蚀或机械疲劳,而是基于亚原子粒子相互作用。理解和量化这种影响已成为核工程和安全的基石。为了控制这种影响,核电站运行监测程序,将反应堆压力容器材料样本放入反应堆内,定期取出并进行测试,以跟踪脆化的进展,确保容器在其整个使用寿命期间始终处于安全运行范围内。

UNESCO Nomenclature: 3308
– Materials science

类型

Physical Process

中断

Foundational

用法

广泛使用

前体

  • 詹姆斯·查德威克发现中子
  • 第一座核反应堆(芝加哥一号反应堆)的开发
  • eugene wigner’s prediction of radiation damage in solids (wigner effect)
  • 电子显微镜在观察晶格缺陷方面的进展
  • A.A.格里菲斯对断裂力学的贡献

应用程序

  • 核反应堆压力容器(rpvs)的寿命评估和延长计划
  • 为下一代裂变和聚变反应堆开发抗辐射合金
  • 核设施中的材料监测计划,以监测降解情况
  • 高辐射环境下材料性能的预测模型
  • 航天器和卫星的屏蔽和结构部件的设计

专利:

NA

潜在创新理念

  • 利用放射性衰变热定期修复晶格损伤的自退火合金
  • nanostructured materials with a high density of grain boundaries that act as sinks for radiation-induced defects
  • 基于反应堆运行数据的人工智能驱动系统实时预测 dbtt 转变
  • ‘sacrificial’ internal cladding that absorbs the majority of neutron damage, protecting the structural vessel
  • in-situ 声学 emission sensors to ‘listen’ for micro-fractures indicative of embrittlement
  • 开发可抵抗 14 mev 中子损伤的聚变反应堆材料
  • 可以在反应堆容器内部进行局部激光退火的机器人系统
  • 旨在阻止缺陷级联的复合金属陶瓷材料
  • 量子级模拟设计具有最佳电子结构的抗辐射合金
  • 仿生材料,模拟耐辐射球菌等生物体内的辐射修复机制
Related to: neutron embrittlement, radiation damage, nuclear reactor, dbtt, reactor pressure vessel, fracture toughness, lattice defects, irradiation, materials science, nuclear engineering.

历史背景

中子辐射脆化

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1956

(如果日期未知或不相关,例如“流体力学”,则提供其显著出现的近似估计)

第十年 周年纪念日

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