Меню

  • На главную

Поиск

  • Влияние нейтронного облучения на механические свойства, прочность и разрушение твердых тел

    Posted 8/2/2009 в 9:06:11 ПП

    Многочисленные эксперименты по радиоактивному облучению показали заметные изменения как химических, так и механических свойств материалов, причем эти изменения во многих случаях являются трудно восстановимыми и сохраняются в течение длительного времени. Это обстоятельство потребовало не только выработки технологических мер защиты от вредных воздействий, но и разработки новых методов расчета элементов конструкций и сооружений, испытывающих радиоактивное облучение (атомные реакторы, искусственные спутники, космические корабли и станции).
    Основным методом экспериментального исследования радиоактивных облучений, влияющих на прочностные характеристики материала, является определение спектра собственных частот образца и изменения логарифмического декремента затухания. Большое количество экспериментальных данных по радиоактивному облучению показало незначительное изменение модуля упругости, в то время как прочность (и особенно текучесть) чрезвычайно чувствительна к облучению. Общим для металлов при облучении является неоднородность упруго-пластических свойств, смещение вверх диаграммы растяя^ения, тенденция к охруп-чиванию и в большинстве случаев уменьшению прочности у пластических масс.
    Особый интерес вызывает действие облучения на высокомолекулярные вещества. При умеренных дозах облучения пластмассы (например, полиэтилен) упрочняются, в то время как другие вещества теряют прочность, становясь хрупкими, вплоть до превращения в порошок. Однако при больших дозах облучения почти все пластмассы разрушаются, что на первое место выдвигает проблему упрочнения пластмасс и создания радиационностойких полимеров.
    Наиболее полный перечень работ, касающихся изменения свойств материалов под действием радиоактивного облучения, с описанием некоторых физических механизмов этого явления содержится в обзорах Ф. Бови (1959) и В. С. Ленского (1960). В обзоре В. С. Ленского предложено обобщение теории малых упруго-пластических деформаций на случай неоднородности среды, обусловленной неравномерностью радиационного облучения.
    Облучение вещества потоком нейтронов вызывает ряд сложных структурных изменений и превращений. Первичные эффекты состоят в смещении атомов из узлов решетки, а также в возбуждении атомов и электронов без смещения и в ядерных превращениях; вторичным является эффект ионизации. Внутренние напряжения могут появиться в теле благодаря различным физическим процессам (например, в результате образования в тело объемного расширения). Вообще говоря, появление в разных точках тела различного объемного расширения приводит к возникновению внутренних напряжений даже при отсутствии внешних нагрузок.
    Ю. И. Ремнев (1958, 1959) рассмотрел связь между напряжениями и малыми деформациями в кристаллическом твердом теле при объемном расширении, вызванном облучением тяжелыми частицами, и предложил ряд гипотез, позволяющих определить это расширение. Было рассмотрено нейтронное облучение, так как бомбардирующий нейтрон, проходя через кристаллическую решетку, не взаимодействует с атомами кулоновыми силами и производит наибольшее нарушение. Предполагается, что в результате облучения механические свойства материала (модуль Юнга, предел текучести и т. д.) могут меняться, а изотропия материала не нарушается. А. А. Ильюшин и П. М. Огибалов (1960) предложили методы расчета прочности оболочек толстостенного цилиндра и полого шара. Как и в работах Ю. И. Ремнева, здесь принимается, что падение потока нейтронов пропорционально энергии и толщине слоя, а свойства тела в данной точке зависят от дозы облучения в этой точке.
    А. Г. Журавлев (1961, 1962) в работах, связанных с определением напряженного и деформированного состояния легких металлов при облучении, помимо предположения об отсутствии ядерных реакций и выполнения указанных выше двух гипотез, пренебрегал возникающей в теле неоднородностью упругих свойств. Это обусловлено наличием экспериментальных фактов слабого изменения упругих свойств по сравнению с изменением характеристик пластичности и прочности, что позволяет для расчета напряжений и деформаций пользоваться обычными уравнениями теории упругости.