авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 8 |

Обоснование моделей радиационного охрупчивания материалов корпусов реакторов и процедуры их применения для оценки состояния эксплуатирующихся корпусов реакторо

-- [ Страница 3 ] --

В пятой главе представлен анализ «эффекта флакса» для материалов корпусов ВВЭР-440. Актуальность исследования «эффекта флакса» связана с тем, что мониторинг состояния металла корпуса реактора ВВЭР-440 производится при помощи образцов-свидетелей, которые изготовлены из тех же материалов, что и облучаемые детали корпусов реакторов и облучаются в условиях максимально приближенных к условиям облучения металла корпуса реактора.

Образцы-свидетели располагаются внутри корпуса ближе к активной зоне, чем стенка корпуса реактора. В связи с этим плотность потока в местах облучения образцов-свидетелей существенно выше, чем для стенки корпуса реактора: в 10 раз в блоках с кассетами-экранами и в 20 раз в блоках без кассет экранов.

Для разработки процедуры корректного использования результатов испытаний образцов-свидетелей при оценке состояния металла корпусов реакторов выполнена работа по исследованию влияния плотности потока быстрых нейтронов на под облучением.

Исследование проведено на стали 15Х2МФА и ее сварных соединениях и направлено на оценку влияния плотности потока быстрых нейтронов на изменение свойств корпусных сталей под облучением в том диапазоне плотностей потоков быстрых нейтронов, который характерен для мест облучения образцов-свидетелей и стенки корпуса, а именно: ~1011 - 1012см-2с-15.

Одна из основных трудностей, возникающих при постановке экспериментов по исследованию эффекта флакса, связана с тем, что облучение в условиях низкой плотности потока быстрых нейтронов («низким» флаксом) для накопления флюенсов, при которых отчетливо проявляется радиационное упрочнение и радиационное охрупчивание, требует облучения в течение продолжительных промежутков времени. Это делает эксперименты очень длительными и дорогостоящими. В данном случае образцы были установлены на облучение в 1987 году, и эксперимент проводился в течение 18 лет с периодическим извлечением и исследованием образцов. В связи с этим результаты такого эксперимента являются уникальными.

Работа была инициирована лабораторией конструкционных материалов РНЦ КИ и Отделением № 10 ЦНИИКМ «Прометей». В каналы для образцов-свидетелей блока № 2 Армянской АЭС (флакс ~3 1012см-2с-1, Е>0.5 МэВ («высокий флакс») и блока №1 Ровенской АЭС (флакс ~4 1011см-2с-1, Е>0.5 МэВ («низкий флакс»)) были установлены на облучение образцы различных по химическому составу материалов корпусов ВВЭР-440 ((10)(16) из таблицы 1).

Результатом работы является выработка рекомендаций о необходимости учета эффекта флакса при использовании результатов исследования образцов-свидетелей для оценки состояния металла корпуса реактора ВВЭР-440/213 в зависимости от химического состава.

Исследованы штатные сварные швы и одна проба основного металла, изготовленные на Ижорском заводе, имеющие близкий базовый состав и существенно различающиеся по содержанию (0.013-0.036%) и (0.08-0.18%). Сварные швы с различным содержанием и выбраны для того, чтобы оценить эффект флакса для материалов, существенно отличающихся по радиационной стойкости.

Все материалы были облучены «высоким» и «низким» флаксом. В процессе облучения образцы располагались в каналах для образцов-свидетелей на «плато» нейтронного потока, по отношению к аксиальному распределению плотности потока быстрых нейтронов. Температура облучения во всех случаях составляла 270оС. На рисунке 6 схематически показана матрица экспериментальных данных и приведены диапазоны флюенсов и флаксов, в которых проводился эксперимент.

 начения флюенсов и флаксов в-65

Рисунок 6 Значения флюенсов и флаксов в каналах для образцов-свидетелей ААЭС-2, РАЭС-2, РАЭС-1 и на стенке корпуса реактора



Для оценки механических свойств исследуемых материалов до и после облучения были использованы значения , определенные в соответствии с РДЭО 0598-2004. Результаты испытаний основного металла 109868 и сварных швов 12, 28, А2 представлены на рисунке 7 в координатах: флюенс - .

 двиг основного металла-68  двиг основного металла-69
 двиг основного металла 109868-70  двиг основного металла 109868-71

Рисунок 7 Сдвиг основного металла 109868 -0.022% и -0.10% (а), сварного шва 12 -0.013% и -0.08% (б), сварного шва 28 -0.028% и -0.14% (в) и A2 -0.027-0.028% и -0.16-0.22% (г) после облучения в условиях «высокого» и «низкого» флакса

Для металла сварных швов 12 и 37 не для всех облученных состояний возможно определение в соответствии с РДЭО 0598-2004 из-за снижения уровня верхнего шельфа ниже критериального значения энергии 71 Дж. Для того, чтобы проанализировать весь массив данных, экспериментальные результаты металла сварных швов 12 и 37 были представлены в координатах: флюенс – уровень верхнего шельфа () (рисунок 8).

 начения (а) сварного шва 12-83  начения (а) сварного шва 12-84

Рисунок 8 Значения (а) сварного шва 12 -0.013% и -0.08% (а) и шва 37

-0.036% и -0.13% после облучения в условиях «высокого» и «низкого» флакса

Визуальная экспертная оценка данных, представленных на рисунках 7 и 8, показывает, что для основного металла 109868 и сварного шва 12 сдвиг критической температуры хрупкости не имеет существенных различий после облучения «высоким» и «низким» флаксом. Снижение величины верхнего шельфа сварного шва 12 в результате облучения в условиях «высокого» и «низкого» флакса также отличается незначимо.

При облучении «высоким» и «низким» флаксом сварных швов 28, А2 как показано на рисунке 7 значения после облучения низким флаксом превышают значения после облучения высоким флаксом в некоторых диапазонах флюенсов. Снижение величины верхнего шельфа сварного шва 37 (рисунок 8) в результате облучения в условиях «высокого» флакса существенно меньше, чем при облучении «низким» флаксом в некоторых диапазонах флюенсов.

Для решения вопроса о необходимости учета «эффекта флакса» были проведены количественные оценки значимости эффекта флакса. Матрица экспериментальных данных по облучению пяти корпусных сталей состоит из 54 экспериментальных точек (значений ). Количество экспериментальных точек для разных групп данных представлено в таблице 3.

Таблица 3Количество экспериментальных точек для разных групп данных (n).

Материал P Cu Облучение Исходное сост.
% «низким»флаксом «высоким»флаксом
ОМ 109868 0.
022
0.10 5 6 1
МШ 12 0.013 0.08 4 3 1
МШ 28+502 0.028 0.14 6 4 1
МШ А2+LP 0.028 0.18-0.22 7 4 1
МШ 37 0.038 0.13 4 6 1
Общее число экспериментальных точек 54

Анализ экспериментальных данных проводился с использованием статистических методов обработки. Рассматривался набор парных данных ТКi, Fi, где ТКi – значение сдвига для одного материала после облучения флюенсом быстрых нейтронов Fi, i=1,…n - номер эксперимента по облучению. В данном случае Fi является независимой переменной, а, ТКi – зависимой переменной.

Задача «наилучшей» аппроксимации набора наблюдений ТКi, Fi, решалась следующим образом. В качестве функции, описывающей зависимость ТК=(F), была выбрана степенная функция ТК=. Параметры и оценивались методом наименьших квадратов (МНК) по наблюдениям .

Данные были сгруппированы по следующему принципу: в одну группу помещали наблюдения, относящиеся к одному материалу и имеющие одинаковый уровень флакса. Для каждой группы данных оценивали коэффициенты и .

Чтобы выяснить, является ли существенным различие между моделями, описывающими данные с «высоким» и «низким» флаксом для одного материала, был использован тест Чоу (Chow). Статистический тест Chow, называемый также тестом проверки устойчивости модели или отсутствия структурных изменений, проверяет гипотезу о совпадении соответствующих коэффициентов двух моделей. В таблице 4 представлены результаты статистического анализа.

Таблица 4 Результаты статистического анализа экспериментальных значений , полученных при облучении в условиях «высокого» и «низкого» флакса

Материал F P-значение
ОМ 109868 0.82 0.47 > 0.05
МШ 12 0.65 0.56 > 0.05
МШ 28 8.14 0.03 < 0.05
МШ А2 6.15 0.02 < 0.05

При проверке гипотезы о том, что экспериментальные значения ТК описываются одной и той же моделью после облучения «высоким» и «низким» флаксами, получается Р-значение равное 0.47 и 0.56 для основного металла 109868 и сварного шва 12 соответственно. Это означает, что при облучении «высоким» и «низким» флаксом основного металла 109868 различие в значениях ТК для одного и того же значения флюенса статистически незначимы в рамках использованной модели (аналогично для сварного шва 12).

Таким образом, зависимости ТК=(F) при облучении «высоким» и «низким» флаксами для основного металла 109868 (P-0.022%, Cu–0.10%) описываются одной моделью и значения ТК для одного и того же значения флюенса существенно не различаются (на 5%-ном уровне значимости) (аналогично для сварного шва 12 (P-0.013%, Cu–0.08%)). Эффект флакса для этих материалов не обнаружен для исследованных плотностей потоков быстрых нейтронов.

При проверке гипотезы о том, что экспериментальные значения ТК сварного шва 28, облученных в условиях «высокого» и «низкого» флакса описываются одной и той же моделью, получается Р-значение=0.03. Это означает, что при облучении «высоким» и «низким» флаксами сварного шва 28 различие в значениях ТК для одного и того же значения флюенса статистически значимы. Аналогичный результат получен для сварного шва А2 (P-0.028%, Cu–0.22%) Р-значение=0.02.





Таким образом, зависимости ТК=(F) при облучении «высоким» и «низким» флаксами для сварного шва 28 описываются разными моделями и значения ТК для одного и того же значения флюенса имеют существенные различия (на 5%-ном уровне значимости). Аналогично для сварного шва А2. При исследованных плотностях потоков быстрых нейтронов эффект флакса для этих материалов значим.

Для сварного шва 37 невозможно построить зависимость ТК=(F). Это связано с низкими значениями уровня верхнего шельфа после некоторых режимов облучения (4469 Дж). Для анализа данных облученного «высоким» и «низким» флаксами сварного шва 37 используется зависимость =(F). Изменение при увеличении дозы облучения имеет достаточно сложный характер (с двумя точками перегиба) и для =(F) трудно подобрать адекватную форму функциональной зависимости (рисунок 8). В связи с этим вывод о различиях в степени деградации металла сварного шва 37 при облучении в условиях высокого и низкого флакса был сделан на основании качественной оценки данных, представленных на рисунке 8. На этом рисунке показано, что в диапазоне флюенсов 01.0 и >1.51020 см-2 отчетливо прослеживается тенденция, которую можно сформулировать следующим образом: дозы, при которых происходит снижения сварного шва 37 ниже критериального уровня 71 Дж меньше при облучении «низким» флаксом, чем при облучении «высоким» флаксом. Таким образом, при исследовании сварного шва 37 после облучения в условиях «высокой» и «низкой» плотности потока быстрых нейтронов эффект флакса установлен. В таблице 5 представлены результаты с точки зрения выявления эффекта флакса.

Таблица 5 Результаты исследования «эффекта флакса»

Материал Содержание фосфора, % Содержание меди, % Эффект флакса
МШ 12 0.013 0.08 нет
ОМ 109868 0.022 0.10 нет
МШ 37 0.038 0.13 есть
МШ 28 0.028 0.14 есть
МШ А2 0.028 0.18 есть

Для статистической оценки полученных данных можно использовать модель с фиктивной переменной. В качестве фиктивной переменной в данном случае следует ввести параметр оценки эффекта флакса (). В данном случае:=0, если эффект флакса не установлен; =1, если эффект флакса установлен.

Анализ данных, представленных в таблице 5, показывает, что для полученной выборки коэффициент корреляции между содержанием и содержанием положителен и достаточно высок. Он равен 0.63. Это означает, что для выявления влияния и на проявление эффекта флакса этот набор данных не подходит. Статистический тест с использованием фиктивных переменных показывает, что, начиная с определенного значения концентрации (или ) наблюдается проявление «эффекта флакса».

Этот недостаток (корреляция между содержанием и ) характерен для групп экспериментальных данных материалов ВВЭР-440 и связан с тем, что в подавляющем большинстве случаев исследуемые штатные материалы корпусов реакторов ВВЭР-440 либо имеют низкое содержание и , либо высокое содержание и .

Наиболее убедительные результаты по оценке эффекта флакса, представлены в работах G.R. Odette и T. Williams и указывают на существенное влияние концентрации . Модель, связывающая «эффект флакса» с повышенным содержанием наиболее детально разработана.

В соответствии с этой моделью эффект флакса ожидается в частности в низконикелевых сталях с высоким содержанием (>0.12-0.15 %). Этот эффект экспериментально достаточно подробно изучен в области низких доз до 11019, см-2 (Е>1 МэВ). Эффект флакса связан с образованием -обогащенных преципитатов. Он проявляется в том, что уменьшение плотности потока вызывает усиление охрупчивания при равных дозовых нагрузках. Исследования тонкой структуры облученных в условиях «высокого» и «низкого» флакса сталей показали, что при облучении «низким» флаксом размер -обогащенных преципитатов выше при одинаковой их плотности [ T. Williams, D. Ellis, W. O`Connell., Dose Rate Effects in High and Low Nickel welds., Conference Proceedings “ Workshop on Dose Rate Effects in Reactor Pressure Vessel Materials, Olympic Valley, CA, 2001]. В сталях с содержанием менее 0.1% не происходит образование -обогащенных преципитатов. В этих материалах образуются преципитаты, обогащенные Mn, Si и другими элементами в зависимости от химического состава. Эти преципитаты отличаются не только своим химическим составом, но и зависимостью их плотности от флюенса.

Учитывая все выше сказанное, в данной работе был сделан вывод о том, что содержание в металле корпусов реакторов ВВЭР-440 значимо влияет на проявление эффекта флакса в исследованном диапазоне плотностей потоков быстрых нейтронов. Как показано на рисунке 9, при создании модели зависимости для материалов корпусов реакторов ВВЭР-440 с содержанием 0.1% влияние эффекта флакса можно не учитывать. Таким образом, при разработке моделей радиационного охрупчивания материалов корпусов ВВЭР-440 эффект флакса необходимо учитывать в том случае, если содержание в стали превышает уровень 0.1%.

Рисунок 9 Основные результаты исследования эффекта флакса



Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 8 |
 

Похожие работы:








 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.