Нейтронное охрупчивание , иногда более широкое название — радиационное охрупчивание , — это охрупчивание различных материалов под воздействием нейтронов . Это в первую очередь наблюдается в ядерных реакторах , где выброс высокоэнергетических нейтронов вызывает долгосрочную деградацию материалов реактора. Охрупчивание вызывается микроскопическим движением атомов , которые подвергаются ударам нейтронов; это же действие также приводит к нейтронному распуханию, заставляющему материалы увеличиваться в размерах, и эффекту Вигнера, вызывающему накопление энергии в некоторых материалах, что может привести к внезапным выбросам энергии .
Механизмы нейтронного охрупчивания включают в себя:
Охрупчивание под действием нейтронного облучения ограничивает срок службы корпусов реакторов под давлением (RPV) на атомных электростанциях из-за деградации материалов реактора. Для того чтобы работать с высокой эффективностью и безопасно удерживать охлаждающую воду при температурах около 290 °C и давлениях от ~7 МПа (для кипящих реакторов ) до 14 МПа (для реакторов с водой под давлением ), RPV должен быть из толстостенной стали. В соответствии с правилами вероятность отказа RPV должна быть очень низкой. Для достижения достаточной безопасности конструкция реактора предполагает наличие больших трещин и экстремальных условий нагрузки. В таких условиях вероятным режимом отказа является быстрое катастрофическое разрушение , если сталь корпуса хрупкая. Обычно используются прочные основные металлы RPV: пластины A302B, A533B или поковки A508; это закаленные и отпущенные низколегированные стали с преимущественно отпущенными бейнитными микроструктурами. За последние несколько десятилетий проблема охрупчивания корпуса реактора решалась путем использования более прочных сталей с меньшим содержанием следовых примесей, снижения нейтронного потока, которому подвергается корпус, и устранения поясных сварных швов. Однако охрупчивание остается проблемой для старых реакторов. [2]
Реакторы с водой под давлением более подвержены охрупчиванию, чем реакторы с кипящей водой. Это связано с тем, что PWR выдерживают большее количество нейтронных ударов. Чтобы противостоять этому, многие PWR имеют особую конструкцию активной зоны , которая уменьшает количество нейтронов, попадающих на стенку корпуса. Более того, конструкции PWR должны быть особенно внимательны к охрупчиванию из-за теплового удара под давлением, сценария аварии, который происходит, когда холодная вода попадает в корпус реактора под давлением, создавая большое термическое напряжение . Это термическое напряжение может вызвать разрушение, если корпус реактора достаточно хрупкий. [3]