МНОГОМЕРНЫЙ АНАЛИЗ ДАННЫХ НА ОСНОВЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАСЧЕТОВ ЯДЕРНОЙ ТРАНСМУТАЦИИ В ЦИРКОНИЕВЫХ СПЛАВАХ

DOI: 10.55176/2414-1038-2020-1-25-36

Авторы

Белозерова А.Р., Белозеров С.В., Шамардин В.К.

Организация

АО «Государственный научный центр – Научно-исследовательский институт атомных реакторов», Димитровград, Россия

Белозерова А.Р. – старший научный сотрудник, кандидат физико-математических наук. Контакты: 433510, Ульяновская область, Димитровград, Западное шоссе, 9. Тел.: (84235) 7-98-43, 9-87-58, e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в браузере должен быть включен Javascript..
Белозеров С.В. – ведущий научный сотрудник, кандидат физико-математических наук.
Шамардин В.К. – эксперт, кандидат технических наук.

Аннотация

Рассмотрены эффекты ядерной трансмутации в сплавах циркония. Определена расчетная схема трансмутации элементов в сплавах системы [Zr + x % Nb + y % Mo]. Проведены численные оценки содержания молибдена в циркониевых сплавах различных составов при облучении в исследовательских (СМ-3, БОР-60) и энергетических (ВВЭР-1000, PWR) реакторах.
Оценена динамика накопления молибдена при облучении в реакторе СМ (ЦБТМ, ячейка 2) и при выдержке за один год по результатам расчета эффектов ядерной трансмутации в штатных циркониевых сплавах Zr+1 % Nb, Zr+2,5 % Nb и для предлагаемых исходных составов Zr+1 % Nb+0,5 % Mo, Zr+2,5 % Nb+0,5 % Mo.
Оценена динамика накопления молибдена при облучении в реакторе СМ, и последующей выдержке образцов за один год в штатных циркониевых сплавах Zr+1 % Nb, Zr+2,5 % Nb и для предлагаемых исходных составов Zr+1 %Nb+0,5 %Mo, Zr+2,5 % Nb+0,5 % Mo. Реакторное облучение приводит к существенному накоплению молибдена в сплаве Zr+2,5 % Nb в результате ядерных реакций: концентрация молибдена увеличивается примерно до 0,7 % с ростом флюенса нейтронов (Е>0,1 МэВ) до 1×10²³ см^–2 при облучении в исследовательском реакторе СМ.
Оценена динамика эффектов ядерной трансмутации циркония при облучении в активной зоне исследовательских (СМ-3, БОР-60) и энергетических (ВВЭР-1000, PWR) реакторов. Элемент Zr трансмутирует не больше, чем на 10 % за 100 лет облучения. Накопление молибдена за это же время может составить до 10⁴ млн^–1 (appm).
Проведенные расчеты и результаты их интеллектуального анализа с многомерным анализом на основе OLAP, исследуя многомерное пространство данных БД, дают знания в виде ассоциаций и классификаций в подтверждение необходимости разработки циркониевых сплавов с дополнительным легированием молибденом, которые могут обеспечить оптимальные физико-механические свойства, в частности характеристики радиационного роста, а также приемлемый уровень ядерно-физических и коррозионных свойств.

Ключевые слова
Ядерная трансмутация, циркониевые сплавы, исследовательский реактор, интеллектуальный анализ научных данных, реляционная база данных, многомерная модель данных, OLAP-куб, жесткий спектр нейтронов, термализованный спектр нейтронов, энергетические и исследовательские реакторы.

Полная версия статьи (PDF)

Список литературы

1. Цыканов В.А., Давыдов Е.Ф., Куприенко В.А., Шамардин В.К., Покровский А.С., Кобылянский Г.П., Косенков В.М., Гончаренко Ю.Д. Изменение размеров изделий из циркониевых сплавов, облученных в реакторе СМ-2 до большого флюенса. Атомная энергия, 1983, т. 55, вып. 4, с. 211-214.

2. Кобылянский Г.П., Шамардин В.К., Стукалов А.И. Размерные, структурно-фазовые изменения и распухание материалов под облучением. ВАНТ. Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение, 1990, т. 53, вып. 2, с. 32-34.

3. Кобылянский Г.П., Шамардин В.К., Рогозянов А.Я. Особенности влияния реакторного облучения на свойства и поведение сплавов циркония. Труды 6 Российской конф. по реакторному материа- ловедению. Димитровград, 2000, т. 2, ч. 1, с. 303-322.

4. Olander D., Motta A. Light Water Reactor Materials. Journal of Nuclear Materials, 2011, vol. 12, pp. 20.

5. Kearns J.J., Woods C.R. Effect of texture, grain size and cold work on the precipitation of oriented hydrides in Zircaloy tubing and plate. Journal of Nuclear Materials, 1966, vol. 20, pp. 241.

6. Garner G.L., Mardon J.P. Performance of Alloy M5 in a High Duty U.S. Reactor. Nuclear Engineering International, 2002, vol. 36.

7. Кириченко В.Г., Азаренков Н.А. Ядерно-физическое металловедение сплавов циркония. Х.: ХНУ имени В.Н. Каразина, 2012. 336 с.

8. Кириченко В.Г., Кирдин А.И. Моделирование ядерных трансмутационных эффектов и их влияние на состав интерметаллидов в циркониевых сплавах. Вiсник ХНУ. Сер. фiзична “Ядра, частинки, поля”, 2006, № 744, вип. 3(3), с. 66-74.

9. ВВЭР-1000. Доступно на: https://ru.wikipedia.org/wiki/ВВЭР-1000 (дата обращения 12.08.2019).

10. PWR. Доступно на: http://energetika.in.ua/ru/books/book-4/part-1/section-2/2-4/2-4-1 (дата обращения 11.11.2019).

11. Реакторный и материаловедческий комплексы АО ГНЦ НИИАР. Реактор на быстрых нейтронах БОР-60. Доступно на: http://www.niiar.ru/?q=node/101 (дата обращения 11.11.2019).

12. Реакторный и материаловедческий комплексы АО ГНЦ НИИАР. Высокопоточный исследовательский реактор СМ. Доступно на: http://www.niiar.ru/node/102 (дата обращения 12.08.2019).

13. Севастьянов В.Д., Кошелев А.С., Маслов Г.Н. Характеристики полей нейтронов. Источники мгновенных нейтронов деления, генераторы 14 МэВ нейтронов, исследовательские и энергетические реакторы, устройства, конвертирующие нейтронное излучение: справочник под ред. В.Д. Севастьянова. Менделеево, ФГУП «ВНИИФТРИ», 2014. 30 с.

14. Белозерова А.Р. Алгоритмизация задачи ядерной трансмутации. Сборник тезисов форума «Нейтронно-физические проблемы атомной энергетики» (Нейтроника-2012), Обнинск, 2012, c. 50—52.

15. Белозерова А.Р. Регулярные выражения в расчётах ядерной транcмутации. Вопросы атомной науки и техники. Серия: Математическое моделирование физических процессов. 2012. № 3. С. 71-78.

16. Shimansky G.A. TRANS_MU computer code for computation of transmutant formation kinetics in advanced structural materials for fusion reactors. Journal of Nuclear Materials, 1999, p. 271-272.

17. Belozerova A.R., Shimanskii G.A., Belozerov S.V. Nuclear transmutation in steels. The Physics of Metals and Metallography, 2009, vol. 107, no. 5, pp. 492-501.

18. PREPRO2017. PREPRO – Code System Download. International Atomic Energy Agency – Nuclear Data Section. Vienna, Austria. Available at: https://www-nds.iaea.org/public/endf/prepro2017/ (accessed 21.03.2019).

19. International Atomic Energy Agency, Division of Physical and Chemical Sciences, Nuclear Data Section. Vienna, Austria, 1998. Available at: https://www-nds.iaea.org/fendl20/ (accessed 21.03.2019).

20. Chadwick M.B., et al. ENDF/B-VII.0: Next Generation Evaluated Nuclear Data Library for Nuclear Science and Technology. Nuclear Data Sheets, 2006, vol. 107, no. 12, pp. 2931-3060. Available at: http://www.nndc.bnl.gov/endf/b7.0/download.html (accessed 21.03.2019).

21. Belozerova A.R., Belozerov S.V., Shamardin V.K. On the problem of modeling of nuclear transmutation effects upon investigation of the phase composition of irradiated austenitic steels. The Physics of Metals and Metallography, 2018, vol. 119, no. 5, pp. 413-420.

22. Белозерова А.Р., Белозеров С.В., Шиманский Г.А., Жемков И.Ю. Ядерная трансмутация в стали Х18Н10Т. Труды X Российской конференции по реакторному материаловедению. Димитровград, 2013.

УДК 621.039.518.24

Вопросы атомной науки и техники. Cерия: Ядерно-реакторные константы, 2020, выпуск 1, 1:3

БРОНД-3.1

Архив

2020, Выпуск 1

МНОГОМЕРНЫЙ АНАЛИЗ ДАННЫХ НА ОСНОВЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАСЧЕТОВ ЯДЕРНОЙ ТРАНСМУТАЦИИ В ЦИРКОНИЕВЫХ СПЛАВАХ