Татьяна Хромылёва: алхимия стали

Форум Контакты RSS		ENGLISH

AtomInfo.Ru, ОПУБЛИКОВАНО 13.07.2018

На вопросы корреспондентов электронного издания AtomInfo.Ru отвечает научный сотрудник лаборатории №118 отделения перспективных исследований АО "ГНЦ РФ - ФЭИ" Татьяна ХРОМЫЛЁВА.

ПРОДОЛЖЕНИЕ ПОСЛЕ ФОТО

Татьяна Хромылёва, фото Сергей Стожилов

Татьяна Александровна, Вы занимаетесь экспериментами по изучению свойств конструкционных материалов на ускорителе "Тандетрон".

В средние века люди искали способ превращения одного вещества в другое (железа в золото), то есть способ изменения свойств вещества. В настоящее время что-то похожее происходит, например, со сталью под действием нейтронов, меняются её свойства.

Материалы в атомной энергетике имеют огромное значение. Во многом от них зависит, сможем ли мы продлить сроки службы действующих реакторных установок или перейти на более длинные топливные кампании, получив от этого экономический выигрыш.

В нашей лаборатории мы выполняем большой объём работ по изучению свойств нержавеющих сталей. Как известно, такие стали применяются для оболочек твэлов в реакторах с высокими температурами (сейчас это быстрые реакторы, но в будущем могут быть и инновационные ВВЭРы).

Изменение механических свойств стальных оболочек за время кампании зависит от многих факторов, в том числе, от газообразования внутри оболочек. Источником гелия в оболочках служит (n,α)-реакция на изотопах, входящих в состав сталей.

Расчётным путём определить накопление гелия как в имеющихся, так и разрабатываемых сталях возможно, но для этого необходимо знать сечения
(n,α)-реакции. Чем точнее мы знаем сечения, тем точнее получатся результаты вычислений.

К сожалению, для многих изотопов, входящих в состав сталей - в первую очередь, железа, хрома, никеля и других легирующих добавок - нужные нам сечения известны плохо.

Файлы оценённых нейтронных данных формируются на основе экспериментов. По реакции (n,α) для "стальных" изотопов в реакторном диапазоне энергий экспериментов либо крайне мало, либо нет вообще. В результате в различных файлах мы можем видеть отличия в сечениях в 20-30 раз.

Таким образом, возникла нужда в проведении дополнительных экспериментов, чем мы и занимаемся в нашей лаборатории на ускорителе "Тандетрон".

Каким образом вы измеряете сечения на ускорителе?

Мы измеряли сечения (n,α)-реакции на изотопах железа, никеля, хрома, титана и цинка. Для этого брались изотопически чистые материалы из банка стабильных изотопов ФЭИ.

Есть свои тонкости - например, материалы в банке стабильных изотопов хранятся в виде порошков, для получения образцов порошок распылялся тонким слоем на фольгах, чтобы сделать мишень. Тонкий слой нужен для того, что альфа-частицы могли из него вылететь.

Почему до сих пор экспериментов по определению сечений (n,α) для изотопов стали было мало? Потому что в большинстве детекторов тоже есть нержавеющая сталь. А если взять газонаполненные детекторы, то в их объёмах также происходит множество "паразитных" реакций, создающих большой фон, из которого вычленить эффект сложно или вообще нереально.

Можно, конечно, прибегнуть к методу активационного анализа. Но его можно применять только в том случае, если дочернее ядро, получившееся в результате (n,α)-реакции, остаётся радиоактивным.

К сожалению, из всего многообразия изотопов, которые есть в сталях, только у железа-54 образуется нестабильный хром-51 по реакции ⁵⁴Fe(n,α)⁵¹Cr. Если вы посмотрите публикации, то увидите, что для этой реакции имеется большой массив экспериментальных данных. У остальных изотопов сталей дочерний продукт (n,α)-реакции стабилен.

Единственный выход - мы должны в своих экспериментах измерять альфа-частицы напрямую. Для этого мы используем ионизационную камеру, модернизированную под нашу задачу.

Мишень мы помещаем не на катоде, как поступают в большинстве экспериментов, а ближе к аноду. Используя цифровые методы обработки, мы выделяем те альфа-частицы, которые вылетают из мишени.

При цифровой обработке мы получаем различные параметры сигнала - его амплитуду, временные характеристики, начало и окончание сигнала, время нарастания...

Зная эти параметры, мы определяем тип частицы по времени нарастания сигнала, что помогает нам отделять и убирать из рассмотрения протоны. Также мы можем определять направление движения частицы, то есть отделять альфа-частицы из мишени от альфа-частиц, летящих с катода, анода и сетки Фриша.

Таким образом, у нас получился замечательный детектор на основе ионизационной камеры, с помощью которого мы можем измерять сечения (n,α)-реакции для изотопов, входящих в состав сталей, с большой точностью.

Откуда берутся нейтроны, которыми обстреливается мишень?

Нейтроны мы получаем из D(d,n) реакции на ускорителе. Дейтроны попадают в дейтериевую мишень на молибденовой подложке, а на выходе получаются нейтроны.

Для каких энергий нейтронов вы проводите измерения?

Мы изучаем диапазон от 4 до 7,5 МэВ, то есть реакторный диапазон. Верхняя граница была обусловлена возможностями нашего старого ускорителя, но на "Тандетроне" при необходимости мы сможем пойти и дальше по энергиям.

На самом деле, необходимость провести эксперименты с более высокими энергиями у нас есть. В мире довольно много данных по (n,α)-реакции для генераторных 14 МэВ нейтронов, и нам хотелось бы сравниться с ними для дополнительной проверки нашей методики.

Вы проводили уже какие-то сравнения?

Да, для хорошо изученного железа-54. Согласие хорошее, в пределах погрешности, а погрешность у нас от 2% до 15% для различных статистик.

Куда вы передаёте получаемые данные?

Результаты наших экспериментов мы передаём в международную библиотеку EXFOR. Кроме того, некоторые из полученных нами сечений уже включены в отечественную библиотеку БРОНД-3.

Спасибо, Татьяна Александровна, за интервью для электронного издания AtomInfo.Ru.

Ключевые слова: Материалы, Ускорители, ФЭИ, Интервью, Статьи

Другие новости:

DoE выдало грант разработчикам малого свинцово-висмутового быстрого реактора

Компания базируется вблизи Ханфорда.

Регулятор Бангладеш выдал лицензию на строительство второго энергоблока АЭС "Руппур"

Лицензия выдана 8 июля.

Ведущие мировые специалисты в ядерной отрасли планируют приехать на конференцию ТЖМТ-2018 в Обнинск

Организатором конференции, которая пройдёт в Обнинске с 8 по 10 октября, является ФЭИ.

Герой дня

Дмитрий Степченков: в Обнинске о рении

Генераторы рения удобны в транспортировке на любые расстояния. Это относительно небольшие изделия. Вес собственно генератора составляет примерно 15 кг, а вес контейнера с полностью укомплектованным набором - примерно 20 кг.

ИНТЕРВЬЮ

Уильям Мэгвуд
Обнинский институт - отличное место для посещения! Это очень интересная комбинация богатой истории и важных текущих проектов. В каждом из обсуждений, прошедших в ФЭИ, мы находили нишу для сотрудничества.

МНЕНИЕ

Бернар Биго
Как часто говорят, этот проект начался с иллюзий. Планы построить реактор за 10 лет определённо были иллюзией. В целом политикам свойственно принимать решения, результат которых можно будет увидеть только через 10 лет, ведь они не рассчитывают оставаться у власти так долго.