Науково-дослідний сектор аналізу й досліджень матеріалів

У науково-дослідному секторі аналізу й досліджень матеріалів проводять матеріалознавчі дослідження й випробування в області конструкційних матеріалів і палива ядерних реакторів для забезпечення створення реакторів підвищеної надійності й експлуатаційної безпеки. Крім того, у секторі проводяться роботи з розробки й застосування комплексу методів визначення властивостей виробів для їхньої атестації як матеріалів активних зон реакторів.

Сектор складається з:

  • ділянки металографічного аналізу структури матеріалів і виробів ядерної техніки;
  • ділянки хімічних досліджень, обробки реакторних матеріалів і тепловидільних елементів;
  • ділянки рентгеноструктурних досліджень.

Всі ділянки обладнані для проведення робіт за ІІ класом радіаційної безпеки й беруть участь у виконанні робіт практично за усіма напрямками діяльності НТК ЯПЦ.

Ділянка металографічного аналізу структури матеріалів і виробів ядерної техніки

Світлова металографія як найпоширеніший метод металографічного аналізу, що застосовується практично у всіх матеріалознавчих дослідженнях, існує у підрозділі від початку його заснування. У число досліджуваних виробів входять твели, пели, стрижні вигоряючих поглиначів, СКЗ, збірки з різними виробами, вкладиші, блочки, чохли, шлюзи, канали, фрагменти корпусів реактора, трубопроводи, оболонки, елементи виробів після аварійних випробувань і коріум. Досліджувані матеріали - ядерне паливо (металеве, керамічне, дисперсійне, керметне та ін.), конструкційні матеріали (сталі й сплави на основі заліза, нікелю, хрому; цирконій і його сплави; тугоплавкі метали й сплави; кольорові метали й сплави на їхній основі), поглинаючі матеріали (карбід бору, титанат диспрозію, гафній і дисперсійні композиції на основі гадолінію), інші матеріали (ізоляційні, керамічні, на основі трансуранових елементів), зварені з'єднання й наплавлення.

Методом металографії виявляють внутрішню будову виробів, пористість, тріщини, усадкові раковини у матеріалах, їх зеренну структуру, включення й різні фази, деякі дефекти кристалічної будови. Аналізується також структура поверхневого шару виробів і матеріалів, виміряється мікротвердість; проводиться оцінка лінійних розмірів елементів виробів у їхньому поперечному перерізі й розмірів дефектів, шарів взаємодії, різних структурних складових і фаз. Апробовано й впроваджено методи, що входять до стандартної практики металознавства: визначення величини зерна у сталях і сплавах, визначення неметалічних включень у сталях і сплавах, і змісту α-фази в аустенітних сталях.

На базі металографічного аналізу в сукупності з кількісною обробкою зображень (знімків) структури об'єкта на плоскому перетині комп'ютерними засобами розвивається метод стереометричної (кількісної) металографії. Стереометрична металографія дозволяє не тільки оцінити лінійні розміри на шліфі, але й виконати комплекс вимірів геометричних параметрів виробу й структурних складових матеріалів:

  • периметрів і площ перетинів виробу, дефектів у ньому, його складових частин;
  • лінійних розмірів, площ перетину й периметрів перетину структурних складових і фаз;
  • середніх радіусів сферичних часток у досліджуваному матеріалі, їхніх середніх обсягів;
  • об'ємної частки часток (фаз) у матеріалі і їх питомої поверхні;
  • розподілу часток матеріалу за розмірами, оцінка кутів орієнтації протяжних фаз та ін.

Комплекс методик металографічного дослідження матеріалів ядерної техніки викладено у методичних документах НТК ЯПЦ. Основні методики: металографічний аналіз структури, вимір мікротвердості, виконання вимірів геометричних параметрів виробів і структури матеріалів.

Ділянку оснащено сучасним устаткуванням фірми LECO:

Автоматичний прес LECO PR-4
Система шліфування й полірування GPX-300
Металографічний мікроскоп Axіo Observer 1M1
Твердомір LM-700 АТ

Ділянка хімічних досліджень, обробки реакторних матеріалів і тепловидільних елементів

Основним напрямком діяльності ділянки є хімічний аналіз паливних, поглинаючих і конструкційних реакторних матеріалів діючих і перспективних проектів атомних електростанцій і дослідницьких реакторів, а також хімічний контроль корозійних водних середовищ, що моделюють склад теплоносія першого контуру реактора ВВЕР до і після автоклавних випробувань.

На ділянці проводиться хімічна обробка реакторних матеріалів перед постановкою на різні види випробувань. Зокрема, хімічне травлення й полірування цирконієвих сплавів і гафнію, електрохімічне полірування нержавіючих сталей.

Спеціалістами ділянки у рамках проведених у НТК ЯПЦ договорів і проектів проводяться дослідження в області методів синтезу й аналізу існуючих і перспективних паливних, поглинаючих і конструкційних реакторних матеріалів.

Новим напрямком наукової діяльності на нашій ділянці є проведення робіт з одержання нанорозмірних матеріалів для використання в атомній енергетиці. Комплекс методик хімічного аналізу матеріалів ядерної техніки викладено у методичних документах НТК ЯПЦ.

Виконуються такі види робіт:

- підготовка зразків (сталь, цирконій)

- готування води, що імітує склад води першого контуру ВВЕР 1000

- синтез нанорозмірного порошку гафнату диспрозію

- аналіз карбіду бору для поглинаючих вставок

- випробування зварених швів на міжкристалітну корозію.

Ділянка хімічного аналізу має таке устаткування:

- муфельна піч СНОЛ 1,62.51/9 - И3

- трубчаста піч СУОЛ 0,25.1/12 - М1

- спектрофотометр СФ-16

- фотоколориметр ФЭК-56М

- ваги 2 класи точності ВЛР-200

- ваги ВЛКТ-500

- дистилятор ДЭ-4

- рн-метр-мілівольтметр рн - 150А

Ділянка рентгеноструктурних досліджень

Ділянка рентгеноструктурних досліджень оснащено рентгенівським дифрактометром ДРОН-3М.

C використанням методів рентгеноструктурного аналізу можуть досліджуватись:

  • фазова стійкість і зміна тонкої структури нержавіючих сталей;
  • продукти взаємодії конструкційних матеріалів з теплоносієм;
  • зміна фазового складу цирконієвих сплавів (оболонки твелів) та інших анізотропних матеріалів;
  • зміна структури різних типів оксидного палива після роботи у штатних та аварійних режимах;
  • процеси взаємодії й перетворення палива й матриці у дисперсійних композиціях.

Застосування методики текстурного аналізу дозволяє будувати зворотні полюсні фігури з наступним визначенням параметрів текстури досліджуваного матеріалу. Методики рентгенівського аналізу матеріалів ядерної техніки викладено у методичних документах НТК ЯПЦ.

Основною продукцією сектора є розроблені методики й технологічні інструкції з аналізу паливних, поглинаючих і конструкційних матеріалів, а також звіти і друковані статті за результатами наукових досліджень.

 

« Назад