Научно-исследовательская группа анализа и исследований материалов

Руководитель группы Слабоспицкая  Елена Александровна

В научно-исследовательской группе анализа и исследований материалов  проводят материаловедческие исследования  и испытания в области конструкционных материалов и топлива ядерных реакторов в обеспечение создания реакторов повышенной надежности и эксплуатационной безопасности. Кроме того, в группе проводятся работы по разработке  и применению комплекса методов  определения свойств изделий применительно к их аттестации в качестве материалов активных зон реакторов.

Группа состоит  из:

  • участка металлографического анализа структуры материалов и изделий ядерной техники;
  • участка химических исследований, обработки реакторных материалов и тепловыделяющих элементов;
  • участка рентгеноструктурных исследований.

Все участки оборудованы для проведения работ по II классу радиационной безопасности и принимают участие в выполнении работ практически по всем направлениям деятельности НТК ЯТЦ

Участок металлографического анализа структуры материалов и изделий ядерной техники

            Световая металлография как наиболее распространенный метод металлографического анализа, применяющийся практически во всех материаловедческих исследованиях, существует в подразделении с самого его основания. В число исследуемых изделий входят твэлы, пэлы, стержни выгорающих поглотителей, СУЗ, сборки с различными изделиями, вкладыши, блочки, чехлы, шлюзы, каналы, фрагменты корпусов реактора, трубопроводы, оболочки, элементы изделий после аварийных испытаний и кориум. Исследуемые материалы - ядерное топливо (металлическое, керамическое, дисперсионное, керметное и др.), конструкционные материалы (стали и сплавы на основе железа, никеля, хрома; цирконий и его сплавы; тугоплавкие металлы и сплавы; цветные металлы и сплавы на их основе), поглощающие материалы (карбид бора, титанат диспрозия, гафний и дисперсионные композиции на основе гадолиния), другие материалы (изоляционные, керамические, на основе трансурановых элементов), сварные соединения и наплавки.

            Методом металлографии выявляют внутреннее строение изделий, пористость, трещины, усадочные раковины в материалах, их зеренную структуру, включения и различные фазы, некоторые дефекты кристаллического строения. Анализируется также структура поверхностного слоя изделий и материалов, измеряется микротвердость; проводится оценка линейных размеров элементов изделий в их поперечном сечении и размеров дефектов, слоев взаимодействия, различных структурных составляющих и фаз. Апробированы и внедрены методы, входящие в практику металловедения в качестве стандартных: определение величины зерна в сталях и сплавах, определение неметаллических включений в сталях и сплавах, и содержания α-фазы в аустенитных сталях.

            На базе металлографического анализа в совокупности с количественной обработкой изображений (снимков) структуры объекта на плоском сечении компьютерными средствами развивается метод стереометрической (количественной) металлографии. Стереометрическая металлография позволяет не только оценить линейные размеры на шлифе, но и выполнить комплекс измерений геометрических параметров изделия и структурных составляющих материалов:

  • периметров и площадей сечений изделия, дефектов в нем, его составных частей;
  • линейных размеров, площадей сечения и периметров сечения структурных составляющих и фаз;
  • средних радиусов сферических частиц в исследуемом материале, их средних объемов;
  • объемной доли частиц (фаз) в материале и их удельной поверхности;
  • распределения частиц материала по размерам, оценка углов ориентации протяженных фаз и др.

Комплекс методик металлографического исследования материалов ядерной техники изложен в методических документах НТК ЯТЦ. Основные методики: металлографический анализ структуры, измерение микротвердости, выполнение измерений геометрических параметров изделий и структуры материалов.

Участок оснащен современным оборудованием фирмы LECO:

Автоматический пресс LECO PR-4
Система шлифовки и полирования
GPX -300
Металлографический микроскоп
Axio Observer 1M1
Твердомер LM-700 АТ

Участок химических исследований, обработки реакторных материалов и тепловыделяющих элементов

Основным направлением деятельности участка является химический анализ топливных, поглощающих и конструкционных реакторных материалов действующих и перспективных проектов атомных электростанций и исследовательских реакторов, а также химический контроль коррозионных водных сред, моделирующих состав теплоносителя первого контура реактора ВВЭР до и после автоклавных испытаний.
На участке проводится химическая обработка реакторных материалов перед постановкой на различные виды испытаний. В частности, химическое травление и полировка циркониевых сплавов и гафния, электрохимическая полировка нержавеющих сталей.
Специалистами участка в рамках проводимых в НТК ЯТЦ договоров и проектов проводятся исследования в области методов синтеза и анализа существующих и перспективных топливных, поглощающих и конструкционных реакторных материалов.
Новым направлением научной деятельности на нашем участке является проведение работ по получению наноразмерных материалов используемых в атомной энергетике. Комплекс методик химического анализа материалов ядерной техники изложен в методических документах НТК ЯТЦ.

Выполняются следующие виды работ:

- подготовка образцов (сталь, цирконий);
- приготовление воды имитирующей состав воды первого контура ВВЭР 1000;
- синтез наноразмерного порошка гафната диспрозия;
- анализ карбида бора для поглощающих вставок;
- испытание сварных швов на межкристаллитную коррозию.

На участке химического анализа имеется следующее оборудование:

- муфельная печь СНОЛ 1,62.51/9 - И3;
- трубчатая печь СУОЛ 0,25.1/12 – М1;
- спектрофотометр СФ-16;
- фотоколориметр ФЭК-56М;
- весы 2 класса точности ВЛР-200;
- весы ВЛКТ-500;
- дистиллятор ДЭ-4;
- рН-метр-милливольтметр рН – 150А.

 Участок рентгеноструктурных исследований

            Участок рентгеноструктурных исследований оснащен рентгеновским дифрактометром ДРОН-3М.

            C использованием методов рентгеноструктурного анализа могут быть исследованы:

  • фазовая устойчивость и изменение тонкой структуры нержавеющих сталей;
  • продукты взаимодействия конструкционных материалов с теплоносителем;
  • изменение фазового состава циркониевых сплавов (оболочки твэлов) и других анизотропных материалов;
  • изменение структуры различных типов оксидного топлива после работы в штатных и аварийных режимах;
  • процессы взаимодействия и преобразования топлива и матрицы в дисперсионных композициях.
Применение методики текстурного анализа позволяет строить обратные полюсные фигуры с последующим определением параметров текстуры исследуемого материала. Методики рентгеновского анализа материалов ядерной техники изложены в методических документах НТК ЯТЦ.
Основной продукцией сектора являются разработанные методики и технологические инструкции по анализу топливных, поглощающих и конструкционных материалов, а также выпускаемые  отчеты и печатные статьи по результатам научных исследований.
« Назад