Название эксперимента

Вид материала

Подобный материал:

Проект-заявка

Название эксперимента

Моделирование высокодозных радиационных повреждений материалов на тяжелоионном ускорителе ИТЭФ.

Руководитель, его e-mail и телефон

Рогожкин Сергей Васильевич, Sergey.rogozhkin@itep.ru, 234-17-95

Список участников эксперимента от ИТЭФ, их год рождения и должность. * отметить тех, у кого предполагается защита диплома или диссертации

* Алеев Андрей Аскольдович , 1983, инж.; Джепаров Фридрих Саламонович, 1947, нач. отд.;

Елютин Николай Олегович, 1946, доцент; Карпов Алексей Владиславович, 1978, инж.; Краевский Сергей Владимирович, 1984, инж.; Куйбида Ростислав Петрович, 1939, н.с.; Кулевой Тимур Вячеславович, 1963, с.н.с.; Никитин Александр Александрович, 1984, инж.

Фертман Александр Давидович, 1972, с.н.с.

Участие других институтов (для известных коллабораций можно не приводить): нет
Статус эксперимента (разработка предложения, изготовление прототипов, создание детектора, набор статистики, обработка данных и др.)

Создание комплекса материаловедческих исследований ИТЭФ по изучению радиационной стойкости материалов/

Предполагаемые научные результаты и их соотношение с мировым уровнем.

В настоящем эксперименте планируется использование ускорительной базы ИТЭФ для моделирования высокодозного облучения конструкционных материалов тяжелыми ионами МэВных энергий. Для анализа результатов облучения будет использован уникальный комплекс аналитических методик: томографический атомный зонд, сканирующая атомно-силовая и туннельная микроскопии, просвечивающая электронная микроскопия, малоугловое рассеяние нейтронов. Эти исследования с использованием томографического атомного зонда и других методов ультрамикроскопии позволят получить уникальную информацию об изменениях материалов на атомных масштабах.

Известно, что проведение полномасштабных экспериментальных исследований радиационной стойкости реакторных материалов затруднительны, поскольку требуют многолетних сеансов реакторного облучения (вследствие низкой скорости набора дозы), кроме этого большие значения наведенной активности затрудняют последующий анализ. Ионное облучение лишено вышеперечисленных недостатков и представляет особый интерес при исследовании как радиационных эксплуатационных воздействий при работе ядерных установок, так и при исследовании влияния космического излучения (наиболее пагубным из которого являются ионы Fe высоких энергий) на конструкции космических установок.

В ИТЭФе имеется уникальная ускорительная база, которая позволяет моделировать радиационные воздействия на перспективные конструкционные материалы. Ускоритель ТИПр спроектирован для ускорения ионов с отношением заряда к массе 1/60 до энергии 110 кэВ/н, что для железа соответствует почти 6 МэВ Данная установка является уникальной, не имеющей аналогов в России. В мире существуют только две аналогичные установки: UNILAC (GSI, Дармштад, Германия) и начальная часть ускорителя LINAC 3(CERN, Женева, Швейцария). Отметим, что оба ускорителя по своим параметрам не превосходят ТИПр.

Проводимые модельные исследования позволят заметно увеличить эффективность проведения исследований по радиационной стойкости конструкционных материалов, уменьшить сроки работ по определению эксплуатационного ресурса ядерных реакторов. Исследования структурных и фазовых превращений конструкционных сталей действующих ядерных реакторов позволят выявить первопричины деградации, в особенности в условиях больших доз облучения. Это позволит в дальнейшем построить физически обоснованные модели радиационного охрупчивания материалов и обеспечит большую точность в прогнозировании имеющегося ресурса эксплуатируемых ядерных энергетических установок.

Создание комплекса материаловедческих исследований по изучению радиационной стойкости материалов позволит ИТЭФ выполнять значительное число работ, ориентированных на решение актуальных задач атомной отрасли.

Очень краткое описание конструкции установки (для создаваемых ИТЭФ (частей) установок) или ссылка для известных экспериментов

Ускоритель ТИПр позволяет проводить облучение различными ионами в двух режимах: пучки низких энергий ~ 75 кэВ/Z (Z – зарядность иона) и высоких - 110 кэВ/нуклон (6.1 МэВ для ионов железа). На выходе высоко энергетичный пучок можно сфокусировать в пятно не более 1 см в диаметре и потоком 10¹¹-10¹² ч/см²сек. Режим работы ускорителя – импульсный, с частотой 0.25-1 Гц. Общий ток пучка в точке установки мишени находится на уровне 100 мА. Штатная длительность пучка – 150 мкс, возможно увеличение до 400 мкс. Частота посылов – вплоть до 1 Гц. Диаметр пучка в месте мишени достигает 3-4 см. Общая интенсивность для меди может быть 10¹²-10¹³ ч/см²сек.

График проведения работ

В результате исследований за первые 12 месяцев будут:
• оценены параметры и методика облучения тяжелыми ионами, моделирующего дефектообразование, соответствующее условиям эксплуатации конструкционных материалов.
• приготовлены тестовые образцы, изучаемых материалов (стали реакторов ВВЭР, феррито-мартенситные стали ЭК-181) и проведены серии тестовых облучений этих образцов тяжелыми ионами Fe²⁺.

• проведены атомно-масштабные исследования (СТМ, АСМ, ПЭМ, АИМ, ТАЗМ, МУРН) структурных и фазовых превращений изучаемых материалов в результате облучения тяжелыми ионами.

• выполнен анализ полученных данных и определена степень соответствия выбранных режимов облучения тяжелыми ионами моделируемым условиям эксплуатации ядерных реакторов.
Проведенные исследования позволят впервые определить параметры моделирующего облучения исходя из реальных микроскопических изменений происходящих в материалах при облучении. Применение комплекса методик атомно-масштабных исследований позволит получить наиболее достоверную информацию о происходящих радиационно-стимулированных изменениях происходящих в материалах на ультрамикроскопическом уровне.

Оценка стоимости установки и всего эксперимента (включая заработанную плату, материалы, оборудование, пучки, энергозатраты, и т.п.), запрашиваемой в ИТЭФ; выделить в 2008 году. Для уже ведущихся экспериментов провести оценку стоимости их продолжения:

Для выполнения проекта необходима оплата научно-технического персонала и оплата энергетических затрат ускорителя. Оплата персонала будет проводиться из средств гранта РФФИ и требуется частичная доплата из средств ИТЭФ (около 20 тыс. руб в месяц). За 1 час работы ускоритель потребляет 20 кВт, 1 сеанс продолжается 25-50 часов, необходимо 5-8 сеансов для проведения цикла материаловедческих исследований. Общая финансовая поддержка, требующаяся от ИТЭФ составляет 200-300 тыс. руб. в год. Возможно некоторое уменьшения затрат за счет сокращения перечня исследуемых материалов и снижения достигаемых уровней радиационного повреждения.

Роль (visibility) ИТЭФ в эксперименте

ИТЭФ в этом эксперименте имеет лидирующие позиции вследствие уникального сочетания экспериментальных возможностей.

Грантовая поддержка

Данный проект частично поддержан грантом РФФИ (грант 07-02-13655). Успешное выполнение этого проекта позволит в будущем выполнять ряд прикладных задач для предприятий Росатома.

Для уже ведущихся экспериментов включить в заявку краткий отчет за последние годы (2004-2008), включающий основные результаты эксперимента, полученные с существенным вкладом ИТЭФ, список соответствующих публикаций и докладов, сделанных сотрудниками ИТЭФ на международных конференциях.

Данный проект стартовал в середине 2007 г. после его поддержки грантом РФФИ. Публикации, в которых представлен задел по проекту, приведены далее:

1. T.S. Balashov, A.A. Golubev, M. Kozodaev, S.V. Rogozhkin, A.D.Fertman, V.I. Turtikov, A.G. Zaluzhnyi, Radiation-induced structure modification in monocrystalline silicon by high-energy carbon ions, Micro- and Nanoelectronics, 2006, V. 6260.

2. А.Л. Суворов, С.В. Рогожкин, А.Г. Залужный, А.А. Алеев, В.Ф. Бобков, С.В. Зайцев, А.В. Карпов, М.А. Козодаев, Б.А. Логинов, О.Н. Макеев, Атомно-масштабные исследования реакторных материалов, Вопросы атомной науки и техники, серия Материаловедение и новые материалы, 2006, Вып. 1(66). С. 3-13 .

3. Ю.И. Смирнов, Н.О. Елютин, Исследование металлических и керамических материалов методом малоуглового рассеяния нейтронов, Неорганические материалы, 2004, Т. 40, С. 633.

4. Фертман А.Д., Дубенков В.П., Высоцкий С.А., Кошелев В.А., Мутин Т.В., Кулевой Т.В., Куйбида Р.П., Першин В.И., Голубев А.А., Шарков Б.Ю, Новый экспериментальный Канал на ускорителе ТИПр-1, Приборы и Техника Эксперимента, № 4 (2005), стр. 5-9.

5. A.D. Fertman, T.Yu. Mutin, M.M. Basko, A.A. Golubev, T.V. Kulevoy, R.P. Kuybeda, V.I. Pershin, I.V. Roudskoy and B.Yu. Sharkov, Stopping power measurements for 100-keV/u Cu ions in hydrogen and nitrogen; Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms V. 247, P. 199-204.

Blog

Название эксперимента