SINGLE AND DUAL ION IRRADIATION EFFECTS ON SWELLING BEHAVIOR OF EP-450 FERRITIC-MARTENSITIC STEEL
Анотація
In spite of all effects of researchers, up to now there is no understanding of the main radiation phenomena advances, in particular, of the swelling at simultaneously effect of damage dose with generated helium and hydrogen. Imperceptions of this problem is due to absence in the world science society of experimental equipment for investigations under super high damages (~ above 200 dpa). In this paper we carried such irradiation and performed results of the swelling behavior in typical ferritic-martensitic steel EP-450 under different irradiation condition: at high irradiation doses up to 300 dpa, and under dual irradiation with gases (helium or hydrogen). Simulation of radiation damage under environment which is typical for future reactors, as for fusion and accelerator driven system (ADS) the irradiation experiments were conducted using Electrostatic Accelerator with External Injector (ESUVI) at NSC KIPT. Swelling of EP-450 ferritic-martensitic steel were studied under irradiation by Cr ions up to the doses 300 dpa at temperature range 430-550oC. Parameters of swelling, incubation state range; dose zone, where the swelling range reaches the steady state were determined. Irradiation under dual beam modes was conducted using 1.8 MeV Cr+3, 40keV He+, and 20keV H+. It is shown that the behavior of radiation swelling depends on the concentration of helium or hydrogen. Helium and hydrogen have different effects on the kinetics and magnitude of swelling. In the incubation period helium increases void nucleation and raises their concentration. On the steady state period helium reduces swelling steels by reducing the voids size; hydrogen is also effective as helium in acceleration of the swelling beginning, but has less effect on voids nucleation that leads to swelling increase on steady-state period due to uniform rise of voids number density.
Завантаження
Посилання
Tavassoli A-A.F., Diegele E., Lindau R., et al. Current status and recent research achievements in ferritic/martensitic steels // J. Nucl. Mater. – 2014. – Vol. 455. – P. 269–279.
Ukai S., Mizuta S., Yoshitake T., et al. Perspective of ODS alloys application in nuclear environments // J. Nucl. Mater. – 2002. - Vol. 307-311. – P. 749.
Wu Y., Haney E.M., Cunningham N.J., et al. Effect of bulk oxygen on 14YWT nanostructured ferritic alloys // Acta Mater. 2012. – Vol. 60.– P. 3456.
Kawai M., Kokawa H., Okamura H., et al. Development of resistant materials to beam impact and radiation damage // J. Nucl. Mater. - 2006. – Vol. 356. – P. 16–26.
Kawai M., Kokawa H., Michiuchi M., et al. Present status of study on development of materials resistant to radiation and beam impact // J. Nucl. Mater. - 2008. – Vol. 377. – P. 21–27.
Klueh R.L., Alexander D.J., Nanstand R.K., et al. Application of automation technology to fatigue and fracture testing // Effects of Radiation on Materials, 18th International Symposium, ASTM STP 1325, American Society for Testing and Materials. – 1997. – P. 234.
Garner F.A. Irradiation Performance of Cladding and Structural Steels in Liquid Metal Reactors // Materials Science and Technology: A Comprehensive Treatment, 10A, VCH Publishers. – 1994. – Chapter 6. - P. 419–543.
Garner F.A., Simonen E.P., Oliver B.M., et al. Retention of hydrogen in fcc metals irradiated at temperatures leading to high densities of bubbles or voids // J. Nucl. Mater. – 2006. – Vol. 356. – P. 122–135.
Tolstolutskaya G.D., Ruzhitskij V.V., Kopanets I.E., et al. Displacement and helium-induced enhancement of hydrogen and deuterium retention in ion-irradiated 18Cr10NiTi stainless steel // J. Nucl. Mater. – 2006 . – Vol. 356. – P. 135–147.
Barrnet M.H., Wechsler M.S., Dudziak D.J., et al. PKA spectrum and radiation damage for 150-MeV electrons on Type 316 stainless steel // J. Nucl. Mater. – 2001. – Vol. 296. – P. 54.
Wechesler M.S., Barrnet M.H., Dudziak D.J., et al. Radiation damage to the 316 stainless target container vessel at SNS // Materials for Spallation Neutron Source, Proceeding of the Symposium on Materials for Spallation Neutron Sources, Orlando, Florida, 9-13 February 1997, The Minerals, metals, and Materials Society, Warrendale, PA. – 1998. - P. 23.
Voyevodin V.N, Bryk V.V., Kalchenko A.S., et al. Simulation technologies in modern radiation material science // PAST. - 2014. – No.4(92). – P. 3-22.
Permyakov A.V., Mel’nichenko V.V., Bryk V.V., et al. Facility for modeling the interactions effects of neutron fluxes with materials of nuclear reactors // PAST. – 2014. – No.2 (90). - P.180-186.
Garner. F.A. Impact of the injected interstitial on the correlation of charged particle and neutron-induced radiation damage // J. Nucl. Mater. – 1983. - Vol. 117. – P. 177–197.
Bullen D.B., Kulcinski G.L., Dodd R.A. Effect of hydrogen on void production in nickel // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. – 1985. – Vol. B10 (11). – P. 561–564.
Lee E.H., Mansur L.K., Yoo M.H. Spatial variation in void volume during charged particle bombardment — the effects of injected interstitials // J. Nucl. Mater. – 1979. – Vol. 85–86. – P. 577–581.
Plumton D.L., Wolfer W.G. Suppression of void nucleation by injected interstitials during heavy ion bombardment // J. Nucl. Mater. – 1984. – Vol. 120. – P. 245–253.
Borodin O.V., Bryk V.V., Voyevodin V.N., et al. Radiation swelling of ferritic-martensitic stells EP-450 and HT-9 under irradiation by metallic ions to super high doses // PAST. – 2011. – No.2 (72). - P.10-15.
Borodin O. V. Voyevodin V.N. Zelenskij V.F. et.al. On the effect of radiation-induced segregation on void shape and growth rate // J. Nucl. Mater. – 2009. – Vol. 386-388. – P. 345.
Mansur L.K. et al. R&D for the Spallation Neutron Source mercury target // J. Nucl. Mater. – 2001. – Vol. 296. – P. 1-16.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).