The evolution of the microstructure of Cr16–Ni19 Steel under irradiation in the low enrichment zone of a fast neutron reactor. Formation and development of radiation porosity
- Authors: Portnykh I.A.1, Panchenko V.L.1, Ustinov A.E.1, Kozlov A.V.1,2
-
Affiliations:
- JSC “Institute of Nuclear Materials”
- Mikheev Institute of Metal Physics, Ural Branch, Russian Academy of Sciences
- Issue: Vol 126, No 1 (2025)
- Pages: 98-109
- Section: ПРОЧНОСТЬ И ПЛАСТИЧНОСТЬ
- URL: https://journals.rcsi.science/0015-3230/article/view/288568
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0015323025010104
- EDN: https://elibrary.ru/BZNWID
- ID: 288568
Cite item
Open Access
Access granted
Subscription Access
Abstract
Microstructural studies of samples made from various sections of fuel element shells were carried out after irradiation in the low enrichment zone of a fast neutron reactor with a sodium coolant to damaging doses of over 100 dpa. The porosity characteristics of samples irradiated with different rates of generation of atomic displacements selected from sites with different irradiation temperatures are studied. Histograms of the void size distribution are constructed for each sample, which are described by unimodal lognormal distributions. Three types of voids were identified: “small”,“medium-sized” and “large”,and changes in the average size and concentration of voids of each type were traced depending on the irradiation temperature and the rate of generation of atomic displacements.
About the authors
I. A. Portnykh
JSC “Institute of Nuclear Materials”
Author for correspondence.
Email: portnyh_ia@irmatom.ru
Russian Federation, Zarechny, Sverdlovsk region, 624250
V. L. Panchenko
JSC “Institute of Nuclear Materials”
Email: portnyh_ia@irmatom.ru
Russian Federation, Zarechny, Sverdlovsk region, 624250
A. E. Ustinov
JSC “Institute of Nuclear Materials”
Email: portnyh_ia@irmatom.ru
Russian Federation, Zarechny, Sverdlovsk region, 624250
A. V. Kozlov
JSC “Institute of Nuclear Materials”; Mikheev Institute of Metal Physics, Ural Branch, Russian Academy of Sciences
Email: portnyh_ia@irmatom.ru
Russian Federation, Zarechny, Sverdlovsk region, 624250; Ekaterinburg, 620108
References
- Поролло С.И., Конобеев Ю.В., Шулепин С.В. Анализ поведения оболочек твэлов БН-600 из стали 0Х16Н15М3БР при высоком выгорании топлива // Атомная энергия. 2009. Т. 106. № 4. С. 188–194.
- Целищев А.В., Агеев В.С., Буданов Ю.П., Иолтуховский А.Г., Митрофанова Н.М., Леонтьева-Смирнова М.В., Шкабура И.А., Забудько Л.М., Козлов А.В., Мальцев В.В., Повстянко А.В. Разработка конструкционной стали для твэлов и ТВС быстрых натриевых реакторов // Атомная энергия. 2010. Т. 108. № 4. С. 217–221.
- Митрофанова Н.М., Чурюмова Т.А. Сталь ЭК164 – конструкционный материал оболочек твэлов реакторов БН // ВАНТ. 2019. № 2(98). С. 100–109.
- Панченко В.Л., Портных И.А., Устинов А.Е. Эволюция микроструктуры стали типа Cr16–Ni19 при облучении в зоне малого обогащения реактора на быстрых нейтронах. Влияние условий нейтронного облучения на структурно-фазовое состояние // ФММ. 2025. Т. 126. Вып. 1. С. 110–122.
- Портных И.А., Козлов А.В., Скрябин Л.А. Размерные характеристики ансамбля радиационных пор в холоднодеформированной стали Х16Н15М2Г, облученной высокими флюенсами нейтронов // Перспективные материалы. 2002. № 2. С. 50–55.
- Katz J., Wiedersich H., Chem J. Nucleation of voids in materials supersaturated with vacancies and interstitials // Phys. 1971. V. 55. P. 1414–1425.
- Kozlov A.V., Portnykh I.A., Blokhin A.I., Blokhin D.A., Demin N.A. The dependence of critical diameter of void nuclei in ChS68 austenitic steel on temperature of neutron irradiation in the model of formation of helium-vacancy bubbles // Inorganic Mater. Appl. Research. 2013. V. 4. № 3. P. 183–188.
- Trinkaus H. Energetics and formation kinetics of helium bubbles in metals // Radiat. Effects. 1983. V. 78. P. 189–211.
- Stoller R.E., Odette G.R., Garner F.A., Packan N.H., Kumar A.S. (Eds.) A comparison of the relative importance of helium and vacancy accumulation in void nucleation, in Radiation-Induced Changes in Microstructure / 13th International Symposium, West Conshohocken, PA: ASTM International, 1987. P. 358–370.
- Глушкова Н.В., Портных И.А., Козлов А.В. Механизм влияния трансмутационного гелия, нарабатываемого в оболочках твэлов из аустенитной стали ЧС-68 при нейтронном облучении, на образование пор // ФММ. 2009. Т. 108. № 3. С. 276–282.
- Блохин А.И., Демин Н.А., Манохин В.Н., Сипачев И.В., Блохин Д.А., Чернов В.М. Расчетный комплекс ACDAM-2.0 для исследований ядерных физических свойств материалов в условиях нейтронного облучения // ВАНТ, сер. “МиНМ”. 2015. Вып. 3(82). С. 81–109.
- Mansur L.K., Lee E.H., Maziasz P.J., and Rowcliffe A.P. Control of helium effects in irradiated materials based on the theory and experiments // J. Nuclear Mater. 1986. V. 141–143. P. 633–646.
- Kozlov A.V., Portnykh I.A. Vacancy Void Growth Rate as a Function of the Neutron Irradiation Parameters at the Initial Stage of Transient Swelling // Russian Metallurgy (Metally). 2019. V. 2019. № 3. P. 261–267.
- Kozlov A.V., Kozlov K.A., Portnykh I.A. The evolution of helium-vacancy bubbles in austenitic steels under neutron irradiation // J. Nuclear Mater. 2021. V. 549. P. 152915.
- Козлов А.В., Портных И.А., Исинбаев А.Р. Модель заключительного этапа стадиинестационарного радиационного распухания металлов // ФММ. 2020. Т. 121. № 7. С. 675–681.
- Портных И.А., Козлов А.В., Исинбаев А.Р. Прогнозирование развития радиационной пористости в аустенитной стали 07C–16Cr–19Ni–2Mo–Ti–Si–V–P–B, облученной при температурах 715–815 К до повреждающих доз 72–92 сна / Труды XXIX Международной конференции “Радиационная физика твердого тела” (Севастополь 08–13 июля 2019 г.), под редакцией заслуженного деятеля науки РФ, д.ф.-м.н., проф. Бондаренко Г.Г. М.: ФГБНУ “НИИ ПМТ”, 2019. С. 233–244.
- Козлов А.В., Портных И.А. Условия достижения стадии стационарного радиационного распухания // ФММ. 2007. Т. 103. № 1. С. 108–112.
Supplementary files
