КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 25-29-01509
НазваниеИсследование механизмов радиационной деградации малоактивируемой аустенитной стали
Руководитель Клауз Артём Вадимович
Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ" , г Москва
Конкурс №118 - Конкурс на получение грантов РНФ по мероприятию «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами» приоритетного направления деятельности Российского научного фонда «Поддержка проведения научных исследований и развития научных коллективов, занимающих лидирующие позиции в определенных областях науки»
Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-505 - Физико-химические и радиационные проблемы материаловедения
Ключевые слова Малоактивируемая аустенитная сталь, радиационная стойкость, наноструктура, микроструктура, атомно-зондовая томография, просвечивающая электронная микроскопия, облучение, тяжелые ионы.
Код ГРНТИ29.19.21
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Разработки перспективных ресурсосберегающих источников энергии в значительной степени сосредоточены на ядерных технологиях. Наибольшие ожидания лежат в области термоядерной энергетики. Продвигаются работы по международному термоядерному проекту ИТЭР, демонстрируют заметные результаты и национальные проекты ряда стран. Одной из ключевых проблем будущих термоядерных установок, являются материалы первой стенки термоядерной установки типа ТОКАМАК. Эти материалы должны удовлетворять ряду строгих требований, таких как высокая радиационная стойкость, малая активируемость и отсутствие искажений магнитных полей.
Перспективным классом материалов для решения этой задачи являются малоактивируемые аустенитные стали на основе системы Fe-Cr-Mn. В отличие от ферритно-мартенситных сталей, они немагнитны, а в отличие от традиционных аустенитных сталей типа 316L, обладают низким уровнем наведенной радиоактивности. Однако их фундаментальным недостатком, сдерживающим внедрение, является тенденция к радиационно-стимулированным фазовым превращениям и формированию кластеров/предвыделений, что ведет к деградации механических свойств. Ключевая научная проблема заключается в отсутствии систематического, количественного понимания механизмов этой деградации на наноразмерном уровне.
Настоящий проект направлен на фундаментальное экспериментальное исследование механизмов радиационной деградации перспективной малоактивируемой аустенитной стали российской разработки. Целью является установление количественных взаимосвязей между условиями облучения и эволюцией дефектной наноструктуры, перераспределением легирующих элементов и изменением локальных механических свойств. Научная новизна проекта заключается в применении комплементарного подхода, объединяющего три передовых метода характеризации: просвечивающую электронную микроскопию (ПЭМ), атомно-зондовую томографию (АЗТ) и наноиндентирование (НИ). Впервые для данного класса сталей будет получена комплексная картина процессов, протекающих при облучении до дозы ~ 15 сна (отвечающей повреждениям в установках типа DEMO) при 400°C, как отвечающую наиболее критической области температур, при которых происходит радиационно-индуцированная деградация механических свойств материала, что позволит заложить научную основу для создания радиационно-стойких материалов нового поколения.
Ожидаемые результаты
В настоящей работе будет проведён комплексный анализ наномасштабных процессов, определяющих радиационную деградацию малоактивируемых аустенитных сталей — перспективного конструкционного материала первой стенки термоядерных энергетических установок. Материал первой стенки должен обеспечить широкий комплекс свойств, однако их ключевой проблемой является недостаточная стойкость при термических и радиационных нагрузках. Будет применён инновационный подход, основанный на экспресс-анализе с помощью облучения пучками тяжелых ионов, моделирующих радиационные нагрузки. Оценка стабильности материала будет основываться как на анализе структурно-фазовых изменений, детектируемых методами ПЭМ и АЗТ, и на результатах наноиндентирования (НИ). Реализуемый подход соответствует современным направлениям научных исследований.
В результате выполнения проекта будут получены фундаментальные данные по механизмам радиационной деградации перспективной малоактивируемой аустенитной стали при дозе облучения 15 сна и температуре 400°C:
- Детализированные данные по наноструктуре:
1) По данным ПЭМ: будет определен, при наличии, тип особенностей (дислокационные дефекты, фазы), средний размер, распределение по размерам и плотность радиационно-индуцированных дефектов. Будет проведен анализ их количественных и качественных особенностей.
2) По данным АЗТ: будут построены трехмерные карты атомного распределения химических элементов, будет определен химический состав наноразмерных кластеров, объема и матрицы.
-Количественные данные о механической деградации:
1) По данным НИ: будет определена величина радиационного упрочнения (изменение нанотвердости). Будет проведено сравнение измеренной величины радиационного упрочнения с расчетным вкладом от наблюдаемых структурных особенностей.
- Сформулированные физические закономерности:
1) Будет установлена связь между наблюдаемыми особенностями наноструктуры (размер, тип, и объёмная плотность дефектов) с величиной радиационного упрочнения через модель дисперсионного упрочения. Будет проведена верификация расчетного значения упрочнения через сравнение с измеренной величиной твердости, полученной методом НИ.
2) Будет сформировано заключение о доминирующем механизме упрочнения при заданных условиях облучения.
Ожидаемые результаты отвечают мировому уровню, а по своей совокупности и комплексности могут его превосходить. Будут получены первые данные о радиационной стойкости новой малоактивируемой аустенитной стали российской разработки. На основе полученных данных будут сформулированы предложения для разработчиков материалов по оптимизации состава малоактивируемой аустенитной стали (с учетом фазообразующих элементов, приводящий к упрочнению), а также оценена перспективность данного материала для применения в качестве первой стенки термоядерных установок. Проект внесет заметный вклад в создание материалов для перспективной энергетики и обеспечит повышение безопасности ядерных технологий.