Моделирование влияния осколков деления урана на материал оболочек тепловыделяющих элементов реакторов тяжелыми ионами высоких энергий

Abstract

Образцы алюминия были облучены ионами ⁸⁴Kr с энергией 245 МэВ до флюенса 10¹⁴ ион/см² под различными углами к поверхности образца и ионами ¹²⁹Хе с энергией 124 МэВ до флюенса 10¹⁵ ион/см² перпендикулярно к поверхности образца. Методами сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии исследовали изменения структуры поверхности алюминия, облученного ионами ¹²⁹Хе, после отжига при температурах 250, 480 и 600°С и ионами ⁸⁴Kr непосредственно после облучения. Обнаружено, что при отжиге происходят различные изменения структуры поверхности имплантированного алюминия. При температуре отжига 250°С не наблюдается каких-либо структурных изменений поверхности. При 480°С появились маленькие ямки вдоль границ субзерен, а при 600°С на имплантированной поверхности видны микротрещины, маленькие ямки, пузырьки, блистеры, раковины, губчатая структура и чешуйки. После облучения ионами ⁸⁴Kr обнаружено появление трещин на поверхности алюминия при увеличении углов облучения, т.е. при приближении профиля залегания ионов криптона к поверхности. Обсуждается влияние температуры на подвижность ксенона и формирование пузырьков, а также образование микротрещин.

Зразки алюмінію були опромінені іонами ⁸⁴Kr з енергією 245 МэВ до флюенса 10¹⁴ іон/см² під різними кутами до поверхні зразка й іонами ¹²⁹Хе з енергією 124 МэВ до флюенса 10¹⁵ іон/см² перпендикулярно до поверхні зразка. Методами сканируючої і просвічуючої електронної мікроскопії досліджували зміни структури поверхні алюмінію, опроміненого іонами ¹²⁹Хе, після відпалу при температурах 250, 480 і 600°С и іонами ⁸⁴Kr безпосередньо після опромінення. Виявлено, що при відпалі відбуваються різні зміни структури поверхні імплантованого алюмінію. При температурі відпалу 250°С не спостерігається яких-небудь структурних змін поверхні. При 480°С з'явилися маленькі ямки уздовж границь субзерен, а при 600°С на імплантованій поверхні видні мікротріщини, маленькі ямки, пухирці, блістери, раковини, губчаста структура й лусочки. Після опромінення іонами ⁸⁴Kr виявлена поява тріщин на поверхні алюмінію при збільшенні кутів опромінення, тобто при наближенні профілю залягання іонів криптону до поверхні. Обговорюється вплив температури на рухливість ксенону й формування пухирців, а також утворення мікротріщин.

Aluminum samples were irradiated by ⁸⁴Kr ions with energy 245 MeV up to the fluence 10¹⁴ ion/cm2 at various angles to the sample surface and ¹²⁹Xe ions with energy 124 MeV up to the fluence 10¹⁵ ion/cm2 perpendicular to surface. The changes of aluminum surface structure irradiated by ¹²⁹Xe ions after annealing at temperatures 250, 480 and 600°C were studied using scanning and transmission electronic microscopy. The analogies studies were carried out at the aluminum samples directly after irradiation by ⁸⁴Kr ions. It was shown that after annealing at various temperatures different changes take a place. Irradiated aluminum surface kept the initial structure after annealing at 250 °C. The small pits along the boundaries of sub grains were observed on the samples after annealing at 480°C. The micro cracks, small pits, bubbles, blisters, blebs, sponge structure and flaces form were detected on the irradiated aluminum surfaces after annealing at the 600°C. The creation of cracks were observed on the aluminum surface irradiated at various angles by ⁸⁴Kr ions (without annealing), when the angles are increased. It can be explained by the changes of depth position of ⁸⁴Kr ion profiles relatively to the surface (decreasing the distance between profile and surface). The influence of temperature on the mobility of implanted krypton ions and the bubble and crack creation is discussed.