Метод экспериментального моделирования радиационно-индуцированного распухания конструкционных материалов ядерных реакторов с помощью комбинированной имплантации высокоэнергетичных ионов гелия и протонов

Пилько (мл.) В. В.; Комаров Ф. Ф.; Капура И. В.; Пилько В. В.

Метод экспериментального моделирования радиационно-индуцированного распухания конструкционных материалов ядерных реакторов с помощью комбинированной имплантации высокоэнергетичных ионов гелия и протонов

Пилько (мл.) В. В.,

Комаров Ф. Ф., Капура И. В., Пилько В. В.

2026

https://doi.org/10.29235/1561-2430-2026-62-3-239-252

Представлен метод экспериментального моделирования радиационно-индуцированного распухания конструкционных материалов, основанный на комбинированной имплантации высокоэнергетических ионов гелия и водорода. Целью работы является оценка применимости данного подхода для ускоренного воспроизведения радиационных повреждений, характерных для условий эксплуатации материалов ядерных реакторов. Проведены эксперименты по облучению образцов сталей 12Х18Н10Т, St37-3, ЭИ-847, сплавов D16, VT-6, циркония и карбида кремния в диапазоне энергий 400–1500 КэВ и доз (1 · 1014)–(2 · 1018) ион/см2. Морфология поверхностных слоев исследована методом стилусной профилометрии до и после изохронного отжига в интервале температур 250–550 °C. Установлены закономерности изменения коэффициента распухания в зависимости от дозы облучения и температуры отжига. Предложенный метод может быть использован для ускоренной оценки радиационной стойкости перспективных конструкционных материалов.

Пилько (мл.) В. В., Комаров Ф. Ф., Капура И. В., Пилько В. В. Метод экспериментального моделирования радиационно-индуцированного распухания конструкционных материалов ядерных реакторов с помощью комбинированной имплантации высокоэнергетичных ионов гелия и протонов. Известия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-математических наук. 2026;62(3):239-252. https://doi.org/10.29235/1561-2430-2026-62-3-239-252

Цитирование

Список литературы

1. Terrani, K. A. Accident tolerant fuel cladding development: Promise, status, and challenges / K. A. Terrani // Journal of Nuclear Materials. – 2018. – Vol. 501. – P. 13–30. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2017.12.043

2. Zinkle, S. J Designing radiation resistance in materials for fusion energy / S. J. Zinkle, L. L. Snread // Annual Review of Materials Research. – 2014. – Vol. 44. – P. 241–267. https://doi.org/10.1146/annurev-matsci-070813-113627

3. Post, R. F. Fusion reactors as future energy sources / R. F. Post, F. L. Ribe // Science. – 1974. – Vol. 186, iss. 4162. – P. 397–407. https://doi.org/10.1126/science.186.4162.397

4. Zinkle, S. J. Materials challenges in nuclear energy / S. J. Zinkle, G. S. Was // Acta Materialia. – 2013. – Vol. 61, iss. 3. – P. 735–758. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2012.11.004

5. Chu, S. Opportunities and challenges for a sustainable energy future / S. Chu, A. Majumdar // Nature. – 2012. – Vol. 488. – P. 294–303. https://doi.org/10.1038/nature11475

6. Ziegler, J. F. The Stopping and Range of Ions in Matter / J. F. Ziegler, J. P. Biersack, U. Littmark. – New York: Pergamon Press, 1985. – Vol. 1. – 321 p.

7. A study of depth distributions of implanted shallow lying impurities in materials by RBS with nanometer resolution / F. Komarov, A. Kamyshan, V. Pilko, P. Grishin // Ion Implantation and other applications of ions and electrons: Proceedings of the 9th International Conference, Kazimierz Dolny, Poland, June 25–28, 2012. – 2012. – P. 75.

8. On the use of SRIM for computing radiation damage exposure / R. E. Stoller, M. B. Toloczko, G. S. Was [et al.] // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B. – 2013. – Vol. 310. – P. 75–80. https://doi.org/10.1016/j.nimb.2013.05.008

9. Primary radiation damage in materials / K. Nordlund, A. E. Sand, F. Granberg [et al.]. – OECD, 2015. – URL: http://li.mit.edu/S/14/Paper/nsc-doc2015-9.pdf

10. Norgett, M. J. A proposed method of calculating displacement dose rates / M. J. Norgett, M. T. Robinson, I. M. Torrens // Nuclear Engineering and Design. – 1975. – Vol. 33, iss. 1. – P. 50–54. https://doi.org/10.1016/0029-5493(75)90035-7

11. Irradiation damage investigation of helium implanted polycrystalline copper / Y. Yang, D. Frazer, M. Balooch, P. Hosemann // Journal of Nuclear Materials. – 2018. – Vol. 512. – P. 137–143. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2018.09.022

12. Процессы дефектообразования в Si и GaAs при протонном облучении и применение дефектных структур в технологиях микро- и оптоэлектроники / Ф. Ф. Комаров, О. В. Мильчанин, А. М. Миронов [и др.] // Материалы электронной техники и современные информационные технологии (МЕТИТ-3): материалы 3-й Междунар. науч.-практ. конф., Кременчуг, Украина, 21–23 мая 2008 г. – Кременчуг, 2008. – С. 51–56.

13. Mechanical and Structural Transformations of Tungsten Implanted with Helium / F. I. Allen. P. Hosemann, M. Balooch, M. Popovic // Journal of Nuclear Materials. – 2021. – Vol. 559, № 1. – P. 256–260. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2021.153436

14. The effect of grain size on bubble formation and evolution in helium-irradiated Cu–Fe–Ag / M. Wurmshuber, D. Fra zer, M. Balooch [et al.] // Materials Characterization. – 2021. – Vol. 171. – Art. ID 110822. https://doi.org/10.1016/j.matchar.2020.110822

15. Wirth, B. D. MD and KMC modeling of the growth and shrinkage mechanisms of helium–vacancy clusters in Fe / B. D. Wirth // Journal of Nuclear Materials. – 2003. – Vol. 323, iss. 2–3. – P. 243–250. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2003.08.019

16. Rimmer, D. E. The solution of inert gas atoms in metals / D. E. Rimmer, A. H. Cottrell // Philosophical Magazine. – 1957. – Vol. 2, № 23. – P. 1345–1353. https://doi.org/10.1080/14786435708243211

17. Helium and radiation defect accumulation in metals under stress / G. Dobmann, S. N. Korshunov, M. Kroening [et al.] // Vacuum. – 2008. – Vol. 82, iss. 8. – P. 856–866. https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2008.01.044

18. Peculiarities of helium bubble formation and helium behavior in vanadium alloys of different chemical composition / M. S. Staltsov, I. I. Chernov, B. A. Kalin [et al.] // Journal of Nuclear Materials. – 2015. – Vol. 461. – P. 56–60. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2014.09.085

19. Mansur, L. K. Advances in the Theory of Swelling in Irradiated Metals and Alloys / L. K. Mansur, M. H. Yoo // Journal of Nuclear Materials. – 1979. – Vol. 85–86, part 1. – P. 523. https://doi.org/10.1016/0022-3115(79)90541-5

Источник

Информация

Автор

Пилько (мл.) В. В. Институт прикладных физических проблем имени А. Н. Севченко Белорусского государственного университета
Комаров Ф. Ф. Институт прикладных физических проблем имени А. Н. Севченко Белорусского государственного университета
Капура И. В. Институт прикладных физических проблем имени А. Н. Севченко Белорусского государственного университета
Пилько В. В. Институт прикладных физических проблем имени А. Н. Севченко Белорусского государственного университета

Страницы

239-252

Год издания

2026

Ключевые слова

Коллекции

Известия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-математических наук

Похожие публикации

Источник

Информация