Материалы ядерных реакторов

1. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ

Курс "Материалы ядерных реакторов" является спецкурсом для специальности 140305 - ядерные реакторы и энергетические установки.

Цель преподавания курса заключается в освоении студентами методов прогнозирования свойств реакторных материалов, подвергающихся воздействию различных видов реакторного излучения разных типов ядерных и термоядерных реакторов на основе поведения дефектов в реальных материалах.

Задачи изучения дисциплины:

- приобретение знаний по влиянию дефектов реальных материалов на их механические свойства;

- приобретение знаний по механизмам радиационного дефектообразования в твердых телах и их поведении в процессе облучения и отжига;

- формирование представлений о методах прогнозирования свойств облучённых и облучаемых материалов.

Перечень дисциплин, усвоение которых студентами необходимо для изучения данной дисциплины.

• Высшая математика.

• Дифференциальное и интегральное исчисление.

• Общая физика.

• Атомная физика.

• Физика твердого тела.

• Ядерная и нейтронная физика.

• Дозиметрия.

2. ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ОСВОЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

В результате изучения дисциплины студенты должны:

• иметь представление о влиянии различных видов реакторного излучения на конструкционные материалы;

• уметь прогнозировать поведение конструкционных материалов реактора в процессе его эксплуатации;

• уметь применять на практике методы оценки характеристики радиационных дефектов и основных механических характеристик реакторных материалов.

3. ОБЪЕМ ДИСЦИПЛИН И ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ

Вид учебной работы	Всего часов	Семестры
Общая трудоемкость дисциплины	51	8
Аудиторные занятия	34	8
Лекции	34	8
Практические занятия (ПЗ)
Семинары (С)
Лабораторные работы
Другие виды аудиторных занятий
Самостоятельная работа	17	8
Курсовой проект
Курсовая работа
Расчетно-графические работы
Графическая работа
Расчетная работа
Домашнее задание
Реферат
Другие виды самостоятельных занятий
Вид итогового контроля (зачет, экзамен)	экзамен	8

4. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ.

4.1. Разделы дисциплины и виды занятий

№ п/п	Раздел дисциплины	Лекции, часов	ПЗ, часов	С, часов	ЛР, часов
1.	Введение	1
2.	Основные проблемы реакторостроения	4
3.	Требования к характеристикам реакторных материалов	2
4.	Проблемы реакторного материаловедения для атомных и термоядерных реакторов	2
№ п/п	Раздел дисциплины	Лекции, часов	ПЗ, часов	С, часов	ЛР, часов
5.	Взаимодействие реакторного излучения с веществом	8
6.	Моделирование радиационных повреждении в кристаллах	2
7.	Кинетика отжига радиационных дефектов	4
8.	Фазовая стабильность и радиационно стимулированные процессы в реакторных материалах	4
9.	Вопросы выбора материалов для ТВЭЛов реактора	1
10.	Экспериментальные методы исследования радиационных дефектов	3
11.	Заключение	1

4.2. Содержание разделов дисциплин

Раздел 1. Введение

Цели и задачи курса. Структура и объем курса. Его связь с другими изучаемыми дисциплинами. Производство энергия в мире - основа развития цивилизации. Энергоресурсы Земли. "Чистая" энергетика. Настоящее и будущее атомной энергетики.

Раздел 2. Основные проблемы реакторостроения

Роль материаловедения в развитии атомной энергетики. Физические предпосылки создания научной отрасли - реакторного материаловедения.

Пути решения основных проблем реакторостроения. Повышение надежности конструкционных материалов и безопасности реакторов.

Разработка новых типов реакторов и способов получения энергии.

Проблемы ремонта и захоронения реакторов.

Раздел 3. Требования к характеристикам реакторных материалов

Ядерно-физические характеристики реакторных материалов.

Основные требования к механическим характеристикам реакторных материалов.

Диффузионный и дислокационный механизмы пластической деформации.

Прочность и механизмы разрушения материалов.

Формула Холла-Петча.

Раздел 4. Проблемы реакторного материаловедения для атомных и термоядерных реакторов

Реакторы, охлаждаемые обычной водой под давлением.

Реакторы на быстрых нейтронах.

Термоядерные реакторы.

Раздел 5. Взаимодействие реакторного излучения с веществом

Составляющие реакторного излучения термоядерных реакторов, реакторов на быстрых и тепловых нейтронах.

Первичные процессы взаимодействия излучения с веществом.

Типы радиационных нарушений в твердом теле.

Схема взаимосвязи первичных нарушений с изменением макрохарактеристик твердого тела.

Упругие и неупругие соударения в облучаемом твердом теле.

Потери энергии частицами при прохождении через вещество. Оценки сечения взаимодействия, пробега частиц.

Элементы теории каскада столкновений. Модель Кинчина и Пиза, достоинства и недостатки модели.

Возможности расчёта каскадных функций на основе решения кинетических уравнений.

Тепловые пики и пики смещения.

Образование дефектов при движении осколков деления.

Раздел 6. Моделирование радиационных повреждений в кристаллах

Методы и принципы моделирования.

Потенциалы взаимодействия частиц в машинных экспериментах.

Метод молекулярной динамики.

Раздел 7. Кинетика отжига радиационных дефектов

Атермический и термический отжиг дефектов в кристаллах.

Связь дефектов со свойствами кристаллов. Исследование сопротивления металлов как метод изучения отжига дефектов. Закалочные эксперименты.

Уравнение кинетики отжига дефектов. Анализ кривых отжига радиационных дефектов в кристаллах. Метод сечения. Отношение угловых коэффициентов. Постоянная скорость нагрева. Комбинированный изохронно-изотермичес­кий отжиг дефектов. Учет порядка реакции в кинетике отжига дефектов в кристаллах. Неравные начальные концентрации реагентов.

Раздел 8. Фазовая стабильность и радиационно-стимулированные процессы в реакторных материалах

Постановка задачи, основные экспериментальные факты, требования реакторостроения.

Уравнение для концентрации вакансий и междоузельных атомов, скорости зарождения пор и дислокационных петель.

Кинетика роста вакансионных пор в металлах. Нижняя и верхняя граница вакансионной пористости. Пространственная решетка полостей.

Фазовая стабильность реакторных материалов под облучением.

Радиационный рост кристаллов, радиационно-стимулированные диффузия и адсорбция. Газовыделение при облучении.

Действие облучения на свойства металлов.

Действие облучения на физические свойства полупроводников и ионных кристаллов.

Раздел 9. Вопросы выбора материалов для ТВЭЛов

Раздел 10. Экспериментальные методы исследования радиационных дефектов

Измерение сопротивления облучённых металлов.

Калориметрия облучённых материалов.

Автоионная микроскопия.

Нейтронография и рентгеноструктурный анализ.

Возможности методов электрон-позитронной аннигиляции и сканирующей туннельной микроскопии.

Особенности внутриреакторных экспериментов.

Раздел 11. Заключение. Тенденции развития реакторостроения и реакторного материаловедения

5. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

5.1. Рекомендуемая литература

а) Основная литература

1. , , Дашковский материаловедение. М., Атомиздат, 1979.

2. Гусев Н, Г. я др. Защита от ионизирующих излучений. Т.1. Атомиздат, М., 1980.

б) дополнительная литература

1. Динс Дж. Точечные дефекты в металлах. Мир, М.» 1966.

2. адиационные явления в двуокиси урана. М., Атомиздат, 1964.

5.2. Средства обеспечения освоения дисциплины

Гаврилов излучений на материалы. Изд. УПИ им. , Свердловск, 1981.

6. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

6.1. Компьютерный класс

7. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИЗУЧЕНИЮ ДИСЦИПЛИНЫ

Для успешного усвоения лекционного материала и активизации самостоятельной работы студентов рекомендуется выдача специальных заданий, включающих, в частности, задачи по методам оценки дефектности материалов в процессе их облучения и эксплуатации.

Выдачу заданий и контроль за их исполнением рекомендуется проводить по ходу изложения лекционного материала.