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乏燃料贮存格架用中子吸收材料加速腐蚀及加速辐照性能研究

石建敏

  Al-B4C复合材料具有良好的机械力学性能和热中子吸收性能,可同时兼作结构材料和功能材料,是一种经济且安全的乏燃料贮存格架材料。因实际应用环境中材料不可避免地受到腐蚀和辐照的作用,需要对材料的耐腐蚀性能和耐辐照性能进行测试,以验证材料在使用过程中的安全可靠性。 本文对粉末冶金法制备的15wt.%B4C含量的A1-B4C复合材料,重点研究了材料的腐蚀性能,同时对材料的加速辐照装置进行设计和验证。 腐蚀试验中,利用电导率测量仪、pH测量仪和电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP)测试腐蚀溶液的参数。结果表明:1)腐蚀溶液pH值仅在腐蚀初始阶段略微增加;2)腐蚀温度越高,溶液电导率增加速率越大,达到平衡所需时间也越长;3)腐蚀后溶液中Al离子和Mg离子浓度变化显著。 利用X-射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、X-射线能谱(EDS)分别对腐蚀试样的物相、微观相貌和元素分布进行测试,并以一定的时间间隔测试试样干重。结果表明:1)0ppm和500ppm硼酸溶液中的试样,腐蚀后表面生成一层导电性较差且致密的Al(OH)3氧化膜,腐蚀增重;2)2500ppm硼酸溶液中的试样,腐蚀后表面附着有非晶形式的Al(OH)3铝胶沉积物;3)10000ppm和25000ppm硼酸溶液中的试样,腐蚀后可观察到沿A1晶界发生的晶间腐蚀,且在局部区域内观察到明显的腐蚀“坑”,腐蚀失重;4)相同硼酸浓度下,材料在40℃溶液中的腐蚀速率最大;5)相同腐蚀温度下,硼酸浓度越高,材料腐蚀速率越大,耐腐蚀性能越差。 以40℃下的腐蚀数据作为参考数据,评价材料在沸水堆和压水堆乏燃料贮存水池中的抗腐蚀性能。评定结果表明:材料应用于沸水堆时,表面生成的氧化膜对材料有保护效果,具有良好的抗腐蚀性能;材料应用于压水堆时,腐蚀速率为-2.16-3.45μm/y,抗腐蚀性能较差,需要对其进行阳极氧化、微弧氧化等表面保护处理。 用MCNP程序计算两种不同的辐照装置方案,通过对辐照试件Y剂量率、热中子注量率、快中子注量率和发热率的比较,确定出辐照试件外包覆1mm厚镉的方案为较优化的方案。 针对最优化设计的辐照装置,采用7LiF热释光片和γ剂量测量仪对辐照孔道关注区域的γ剂量率测试。试验结果表明:两种方法测量得到的结果相对偏差小于2%,与理论计算结果的相对偏差小于4%。验证了理论计算模型的可靠性,为今后开展预辐照试验和加速辐照试验提供了参考依据。……   
[关键词]:中子吸收材料;Al-B_4C复合材料;腐蚀;辐照
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:中国工程物理研究院2011年
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