CC BY
6ТЕРМОЯДЕРНАЯ ЭНЕРГЕТИКА
THERMONUCLEAR ENERGY
Статья поступила в редакцию 11.02.11. Ред. рег. № 934 The article has entered in publishing office 11.02.11. Ed. reg. No. 934
УДК 621.039.546
ТЕМПЕРАТУРНАЯ И ДОЗОВАЯ ЗАВИСИМОСТЬ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ НЕКОТОРЫХ КОНСТРУКЦИОННЫХ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ
И.Х. Абдукадырова, С.А. Байтелесов
Институт ядерной физики Академии наук Узбекистана 100214 Узбекистан, Ташкент, Мирзо-Улугбекский р-н, п. Улугбек E-mail: izida@inp.uz
Заключение совета рецензентов: 20.02.11 Заключение совета экспертов: 24.02.11 Принято к публикации: 27.02.11
Исследована температурная зависимость теплофизических свойств алюминиевых конструкционных сплавов до и после их обработки в каналах ядерного реактора набором флюенсов быстрых нейтронов Ф. В частности, изучены особенности температурной и дозовой зависимости теплопроводности X алюминиевых сплавов типа САВ-1. Установлено немонотонное поведение теплового параметра сплавов в функции температуры Т и дозы облучения Ф, наличие экстремальных точек на соответствующих зависимостях, проведена интерпретация полученных экспериментальных данных. В работе анализируются вероятные причины выявленных особенностей терморадиационных зависимостей модифицирования теплопроводности исследованных материалов. Рассмотрен ход кривых Х(Т), когда Т больше или меньше температуры Дебая, оценен вклад решеточной теплопроводности в общую, выявлен радиационный эффект изменения некоторых теплофизических параметров материала (теплопроводности, электронного числа Лоренца, длины свободного пробега). Обсуждается возможный механизм рассматриваемого процесса теплопроводности в исходном и облученном быстрыми нейтронами конструкционном алюминиевом сплаве САВ-1.
Ключевые слова: нейтронное излучение, теплофизические свойства, конструкционный материал, теплопроводность, алюминиевый сплав, доза облучения, механизм.
TEMPERATURE AND DOSE DEPENDENCE OF WARMTH PHYSICAL PROPERTIES ON SOME CONSTRUCTIONAL ALUMUNIUM ALLOYS
IKh. Abdukadirova, S.A. Baytelesov
Institute of Nuclear Physics, Academy of Sciences of Uzbekistan Ulugbek, Mirzo-Ulugbekski reg., Tashkent, 100214, Uzbekistan E-mail: izida@inp.uz
Referred: 20.02.11 Expertise: 24.02.11 Accepted: 27.02.11
Warmth physical properties of a perspective constructional materials on no irradiated and irradiated at the neutron radiation doses for some samples the aluminium alloys type SAV-1 was studied. The nonlinear investigation of a dose dependence this parameters - warmth conductivity (X) in low and high temperature region is established. The possible cause on discovered this radiation effects of modification this properties and changed of function X(T) and X(O) on the alloy was analyzed. In work proposed a mechanism warmth conductivity in investigation materials - aluminium alloys type SAV-1.
Keywords: neutron irradiation, warmth physical properties, constructional materials, warmth conductivity, aluminium alloy, dose irradiated, mechanism.
Введение
Изменение теплофизических свойств твердотельных материалов при облучении в каналах ядерного реактора имеет существенное значение для реакто-ростроения. К таким свойствам следует отнести теплопроводность и коэффициент термического расширения этих материалов. Имеется ряд сообщений для
некоторых твердых тел, нашедших применение в конструкциях реакторов, которые свидетельствуют о довольно больших изменениях такой важнейшей теплофизической характеристики, как теплопроводность, теплоемкость и др., к тому же среди них встречаются и противоречивые результаты, в качестве примера рассмотрим некоторые из них.
В работе [1] приведены данные об изменении теплопроводности (X) материалов, применяемых в реакторной и космической технике: графита, сапфира, окиси циркония, шпинели, свинцового и кварцевого стекол, окиси бериллия, показано, что она в большинстве материалов уменьшается после облучения их нейтронами (Ф = 1018-1020 см-2), но в последних двух образцах X не изменяется или увеличивается. Авторы [2] исследовали теплоемкость и теплоту при фазовых превращениях в материалах активной зоны реакторов на примере многокомпонентных циркониевых сплавов, определили их зависимость от температуры, установили их изменение при повышении концентрации легирующих примесей. Методом расчета эффективного коэффициента X в элементарной ячейке волокнистых материалов рассмотрен [3] механизм передачи тепла в них с использованием формулы, связывающей этот коэффициент и перепад температуры в образце, а в [4] изучены особенности течения воздушных смесей в вертикальных каналах реактора, влияющих на эти процессы в некоторых конструкциях. В сообщении [5] анализируется вопрос влияния пор на значение X биоуглеродных материалов, применяемых в атомной технике, а возможность расчета электронной и общей теплопроводности с использованием формулы Дебая в этих и других материалах (металлах и сплавах) рассмотрен в [5-7]. Вместе с тем заметим недостаточное число публикаций, посвященных влиянию реакторного излучения на теплофизические свойства конструкционных сплавов на основе алюминия, что и определило актуальность задачи нашего исследования.
Цель настоящей работы: изучение процесса изменения теплопроводности перспективных конструкционных сплавов САВ-1 до и после реакторного облучения в зависимости от температуры, до которой нагревались образцы, установление особенностей ее модифицирования после действия на материал различных флюенсов быстрых нейтронов, оценка радиационного и температурного эффекта, определение природы рассматриваемого теплофизического процесса в конструкционном алюминиевом сплаве САВ-1.
Методы и объекты исследования
Объектами исследования служили образцы конструкционного сплава САВ-1, из которого изготовлены оболочки ТВЭЛов ТВС ядерного реактора, имеющего гранецентрированную кубическую структуру с параметром решетки а = 0,406 нм, представляющего собой твердый раствор алюминия с фазами внедрения типа Fe2Al5, Mg2Si, CuAl2 и др. Облучение пластин проводили в вертикальных каналах активной зоны ядерного реактора ВВР-СМ ИЯФ АН РУз при мощности 10 МВт, флюенс быстрых нейтронов (Еп > 0,1 МэВ) варьировался от 1015 до 1019 см-2. Эксперимент проводился на дисковых образцах № 1-4, имеющих толщину h (табл. 1) и ориентированных в направлении {111}. Измерения теплопроводности
выполнены на усовершенствованном приборе, аналогичном прибору ИТ-Х-400, в качестве метода исследования теплофизического параметра использованных сплавов был выбран метод динамического калориметра [6].
Таблица 1
Данные о размерах исходных образцов САВ-1
Table 1
Date about size initial samples SAV-1
№ образца вес m, г h, мм S, мм2 d, мм
1 1,367 2,78 176,625 15
2 1,798 3,53 176,625 15
3 1,489 2,93 176,625 15
4 1,196 2,35 176,625 15
Основные результаты и их обсуждение
Расчет теплопроводности образцов проведен по следующей формуле, приведенной в [6, 3] и связывающей перепад температуры At в образце и тепломере:
Х = [K'Tn,ho (1 -a,.)]/(nScu), (1)
где X - теплопроводность; K* - тепловая проводимость тепломера; h0 - толщина образца; n0 - перепад температуры на образце; nt - перепад температуры на рабочем слое тепломера; SCu - площадь поперечного сечения образца; с, - поправка, учитывающая теплоемкость.
Таблица 2
Результаты вычисления теплопроводности образца № 1
Table 2
Results of calculated warmth conductivity on samples № 1
Температура t, °С Перепад t (At) на стержне, nt Перепад t (At) на образце, n0 Теплопроводность, X, Вт/(мград)
25 4,5 5,5 157,2
50 6,0 9,0 159,0
75 7,5 10,0 158,1
100 8,8 11,0 136,9
125 9,0 10,9 152,1
150 8,6 10,6 156,1
175 9,5 10,5 167,2
200 9,7 10,6 177,8
Получены экспериментальные результаты температурной зависимости теплопроводности исходных материалов. Из табл. 2 видно, что ход кривых для
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 1 (93) 2011
© Scientific Technical Centre «TATA», 2011
пластин № 1 имеет немонотонный характер, что само значение X при 300 К близко к данным в аналогичных материалах [8]. Заметим, что по мере нагрева образцов от 50 °С до 100 °С теплопроводность уменьшается, последнее соответствует формуле Де-бая [7, 5]:
X = (1/3) Со/, (2)
где X - теплопроводность; и - скорость; / - длина свободного пробега электрона; С - теплоемкость. Из вышеприведенных результатов видно, что на первом этапе нагрева образцов (выше 50 °С) характер изменения параметра соответствует формуле (2). Затем, когда Т > 100 °С, направление его смещения меняется. В целом диапазон изменения X составляет 157,2136,9-177,8 Вт/(мград), из которого следует вывод о значительной величине температурного эффекта. Аналогичная кинетика установлена и для образца № 2 (рис. 1), диапазон изменения теплопроводности здесь: 209-162-195 Вт/(м град). Некоторое отличие исходного значения X при 25 °С для этих образцов, видимо, определяется различием их размера и состава, подобно [2]. Заметим, что на графиках Х(Т) в исходных образцах вблизи 60-70 °С имеется некоторое отклонение закономерности от закона «1/Т» [7, 8], причины которого пока не ясны.
А, Bm/м град
20 40 60 00 100 120 140 160 100 200 220
Рис. 1. Особенности кривой Л(Т) образца № 2 Fig. 1. Particularity of curve Л(Т) on sample № 2
Исходя из приведенных результатов Х(Т) образцов № 2 и 1, вычислены значения относительного температурного эффекта (AX / X) при начальной температуре Т1 = 25 °С и ее значение вблизи минимума кривой Т2 = 100 °С (табл. 3). Из табл. 3 следует, что температурный эффект рассматриваемого теплофизи-ческого параметра в образце № 2 больше, чем в № 1.
Нами было изучено влияние реакторного облучения различными флюенсами нейтронов Ф на теплопроводность сплава. Например, для образца № 3 при росте Ф до 1018 см-2 обнаружено (табл. 4) существенное изменение соответствующих перепадов температур с ростом Т по сравнению с исходным образцом и
сильное снижение теплофизического параметра в выбранном диапазоне Т. Последний радиационный эффект в САВ-1 согласуется с установленным в работе [1] для ряда материалов атомной техники эффектом, свидетельствующим об уменьшении в них X при Ф = 1018-1020 см-2.
Таблица 3
Данные относительного изменения температурного эффекта теплопроводности исходных образцов при Т! и Т2
Table 3
Date of relative changed temperature effect warmth conductivity on initial samples at T1 and T2
№ образца Ti, "С Т2, "С АХ/Х, отн.ед.
1 25 100 0,127
2 25 100 0,225
Таблица 4
Температурная зависимость перепада At на стержне и образце № 3 и величины X, вычисленной по формуле (1) [6, 3]
Table 4
Temperature dependence of change At on pivot and samples № 3 and calculated on formula (1) [6, 3] of value X
№ Температура t, "С Перепад At на тепломере Перепад At в образце Теплопроводность, X (Вт/м-град)
1 25 6,0 5,2 146,6
2 50 7,0 5,9 124,76
3 75 5,9 4,0 100,4
4 100 4,S 3,1 76,47
5 125 5,0 3,5 S2,9
6 150 3,3 2,1 75,35
7 175 3,6 2,5 S2,23
S 200 4,1 2,5 72,20
Из данных табл. 4 очевидно существенное изменение закономерности Х(Т), когда сначала до 100 °С действует закон «1/Т», затем появляется ее перегиб в области, где в исходных материалах имелся минимум, а в облученном он едва заметен. Кроме того, при дальнейшем росте Т вплоть до 220 °С теплофи-зический параметр практически стабилен. Такая температурно-дозовая кинетика X хорошо просматривается на рис. 2.
Из рис. 2 видно преобразование графика, резкое уменьшение первоначальной величины теплофизи-ческого параметра в пределах Т1-Т2, появление при 100 °С излома кривой, стремящейся в дальнейшем к насыщению. Исходя из имеющихся эксперименталь-
ных данных радиационного модифицирования теп-лофизических свойств материала, сделан вывод о наличии на первом этапе при небольших Ф преимущественно основного дебаевского механизма переноса тепла [3, 8], приводящего, согласно формуле (2), к их резкому снижению, когда происходит интенсивное рассеяние электронов ГЦК-решеткой алюминиевого сплава, его теплопроводность определяется главным образом электрон-фононным взаимодействием и высок эффект влияния радиационных дефектов на электронную компоненту X по сравнению с решеточной [5]. В конечном счете выявленная кинетика завершается при Т > Т2 достижением уровня стабилизации, чего и следовало ожидать согласно модели [7].
Рис. 2. Влияние нейтронного облучения на теплопроводность образца № 3 Fig. 2. Influence of neutron irradiation on warmth conductivity on samples № 3
Последующее пребывание пластин (№2 4) в каналах реактора до сравнительно большой дозы (флю-енс быстрых нейтронов Ф = 1019 см-2) привело к дальнейшему преобразованию формы кривой. Результат соответствующих вычислений теплопроводности для набора температур иллюстрирует рис. 3.
Рис. 3. Зависимость теплопроводности САВ-1 от Т при Ф = 1019 см-2 Fig. 3. Dependence of warmth conductivity SAV-1 from T at Ф = 1019 cm-2
Из этого рисунка видно снижение величины X при Т1 по сравнению с исходным образцом и облученным дозой 1018 см-2, наличие экстремумов около 70 °С и Т3 = 125 °С. Заметим, что первый в данном образце проявляется в виде максимума. Допускаем его связь с наличием, согласно классической теории Дебая, максимума на общей зависимости теплопроводности тела от температуры, поскольку электронная теплопроводность при низких температурах быстро растет с Т, достигает максимума, а при более высоких температурах она уменьшается с ее ростом. Относительно второго экстремума заметим, что он смещается в сторону повышенных температур (Т2-Т3), а его глубина сравнительно небольшая, ибо оценка радиационного эффекта относительного изменения значения (ДХ/Х) при начальной температуре и ее значении вблизи минимума кривой показала, что он составляет порядка 0,1. Затем в области 125-150 °С начинается резкий рост X с последующей ступенькой замедления скорости терморадиационного процесса.
Проведен сравнительный анализ впервые полученных экспериментальных результатов теплопроводности для исходных образцов сплава САВ-1 при комнатной температуре и образцов, облученных набором доз нейтронного излучения, сделан вывод о том, что по мере обработки пластин в каналах реактора численная величина исследуемого параметра при комнатной температуре уменьшается. Результаты вычислений по формуле (1) показали, что в выбранном интервале температур (25-220 °С) закономерность терморадиационного изменения теплопроводности немонотонная (в целом местоположение кривой Х(Т) зависит от Ф, например, при Ф = 1018 см-2 она расположена ниже, чем при Ф = 0, а при Ф = 1019 см-2 - выше, чем при Ф = 1018 см-2), она характеризуется наличием экстремальных точек при определенной температуре и дозе облучения. Согласно данным рис. 1, в необлученных сплавах на температурной зависимости теплопроводности при Т > Т действительно обнаружено ощутимое снижение теплофизического параметра, прохождение кривой через минимум при Т2 и в дальнейшем - повышение X.
Если учесть, что в элементный состав исследуемого сплава (табл. 5) в основном входит алюминий, то можно заключить, что он является определяющим и влияющим на его теплофизические свойства. Поскольку в литературе нет сведений о значении данной характеристики в сплаве САВ-1 до и после его обработки, проведено сравнение с металлическим алюминием. Нами получена зависимость Х(Т) в А1, которая имеет немонотонный ход, подобный выявленному в образцах № 1, 2, 4, но значение X в металле для рассматриваемого интервала Т больше (200240 Вт/(мград)). Что касается уменьшения X и наличия в исходных образцах минимума около 100 °С и его снижения в образце № 3 (к тому же оценка относительного радиационного изменения параметра показала, что ДX/X = 0,4), то можно предположить следующее. Теоретическими исследованиями [9] уста-
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 1 (93) 2011
© Scientific Technical Centre «TATA», 2011
новлено, что теплопроводность твердых тел особенно чувствительна к примесям, нарушениям и дефектам. Учитывая это, полагаем, что одной из причин наблюдаемой кинетики в облученном образце (Ф = 1018 см-2) является наложение на дебаевскую зависимость X от 1/Т дополнительного эффекта, свя-
занного с изменением числа дорадиационных (ростовых) неоднородностей в материале и его упорядочением, отжигом части неструктурных примесей и образованием дефектов решетки в условиях его терморадиационной обработки.
Таблица 5
Элементный состав алюминия и основных примесей (%) в исходных и облученных (Ф = 1019 см-2)
образцах САВ-1
Table 5
Elementary composition aluminium and basis mixed with (%) in initial and irradiated (Ф = 1019 cm-2)
samples SAV-1
Образец № образца Mg А1 Si Mn Fe Cu Сумма
САВ-1 1 1,00 98,42 0,45 0,00 0,14 0,00 100,00
CAB-1 2 1,04 98,24 0,54 0,00 0,13 0,06 100,00
САВ-1, обл. 1, обл. 0,48 96,33 2,72 0,44 0,04 0,04 100,00
CAB-1, обл. 2, обл. 0,57 97,42 1,77 0,25 0,00 0,00 100,00
Если учесть данные отснятых растровых картин об изменении структуры сплава при Ф = 1019 см-2 [10], то отмеченный на таком же этапе доз в образце № 4 радиационный эффект снижения X при комнатной Т, наличие минимума при Т3 и его последующий рост действительно может быть обусловлен изменением как элементного и фазового состава сплава, так и созданием больших напряжений в результате выпадения, распада и рассеяния интерметаллических фаз типа А1-М£-§1-Ре по всему объему, приводящих к перераспределению соотношения составляющих общей теплопроводности материала. Сделан предварительный вывод, что механизм радиационного модифицирования рассматриваемого теплофизического параметра САВ-1 при больших флюенсах нейтронов (Ф > 1019 см-2) является сложным, включающим как дебаевский механизм, так и фононный.
Таким образом, надо отметить следующее. В исходных образцах сплава теплопроводность при Т > 25 °С уменьшается, зависимость X(Т) проходит через минимум около 100 °С, а затем - возрастает. Такая кинетика, очевидно, определяется тем, что в первом случае эффект вызван электрон-электронным рассеянием, а во втором - электрон-фононным рассеянием. Для некоторых материалов температурная зависимость числа Лоренца ЦТ/©) при высоких температурах (Т > ©, где © - характеристическая температура Дебая) приближается к его идеальному значению, а при низких (Т < ©) - падает ниже него, поэтому она проходит через минимум, что и может быть одной из причин наблюдаемого на границе приведенных температур минимума X(Т) в нашем сплаве. После облучения флюенсом нейтронов 1018 см-2 он сильно изменился, ибо в необлученном материале имелся четкий минимум, а в облученном -он едва заметен. Данный факт определяется тем, что
искомый минимум в исходном образце, скорее всего, связан с наличием ростовых дефектов, неоднородно-стей, дислокаций и др., а в процессе облучения часть их отжигается, материал упорядочивается, уменьшается рассеяние электронов на этих дефектах и, как следствие, снижается X. При последующем облучении большой дозой (1019 см-2) на температурной зависимости X изменилось соотношение интенсивно-стей в экстремальных тачках, это, очевидно, связано с увеличением концентрации радиационных точечных и протяженных дефектов, ловушек и др., изменением структуры сплава, выпадением и раздроблением фаз внедрения [10].
Нами [11] изучена дозовая зависимость микротвердости облученных на реакторе образцов САВ-1 и установлено при нагрузке ^ = 1,0 Н постепенное ее увеличение с флюенсом от 1015 см-2 до Ф > 1018 см-2. В работе высказано мнение о возможном механизме увеличения микротвердости материала. Предполагается наличие дислокационного механизма радиационного упрочнения данного сплава, когда с повышением поглощенной энергии нейтронов в объеме возникают радиационные дефекты и механические напряжения, изменяется фазовый и элементный состав, могущие вызвать появление и увеличение мелких и крупных дислокаций, их петель, которые служат стоками радиационных дефектов Френкеля и фаз внедрения, что приводит к их закреплению и росту твердости сплава. Этот результат свидетельствует в пользу предположения об увеличении границ раздела фаз, концентрации дефектов, в частности дислокаций, их закреплении, делающем определяющим дислокационный механизм радиационного упрочнения сплава и рост рассеяния на различных типах дислокаций и других дефектах решетки, на фононах, что и сказывается на его теплопроводности.
На основе простой теории [7] показано, что при Т > © решеточная теплопроводность составила бы около 1/3 электронной, если бы в обе компоненты давало вклад только электрон-фононное рассеяние. При высоких Т это рассеяние действительно является важным, но в промежуточной области Т решеточная X может быть значительной, и такое соотношение несправедливо; в то время как электронная приблизительно постоянна, а решеточная X определяется фонон-фононными процессами, это и сказывается на изменении реального соотношения обеих компонентов теплопроводности (что и было обнаружено в нашем эксперименте при большом Ф).
Для уточнения высказанных предположений использованы полученные в этом эксперименте с облученным САВ-1 зависимости X(Т) и данные работы [12] по изменению электрического сопротивления Р и времени между столкновениями электронов те оценена длина свободного пробега (I) и число Лоренца (Ь) по формулам Клаузиуса и Видемана-Франца-Лоренца:
l = уте, Х/(о7) = const,
(3)
это сопротивление определяет значение числа Лоренца, связывающего электрическое сопротивление и электронное тепловое сопротивление, сдвигается в область более высоких Т, где главный вклад дают дефекты. Обычно электронную X находят из соотношения, аналогичного (3):
Х/(о7) = Lo
(4)
где V - скорость молекулы; о - электропроводность. Результаты вычислений этих параметров при 300 К сведены в табл. 6.
Из табл. 6 видно, что длина свободного пробега (I) после реакторного обучения образцов уменьшается. Если исходить из формулы (2), то полученный в этом случае радиационный эффект, очевидно, обусловлен процессом радиационного дефектообразова-ния в обработанном материале, ростом числа точечных дефектов, границ раздела зерен, различных дислокаций, образованием их петель и структурными изменениями самого сплава, приводящими к уменьшению I и, как следствие, к снижению X. К тому же результат измерения линейных размеров: диаметра и высоты облученных дисков - показал, что их изменения находятся в интервале от 0 до 0,6% при росте дозы до 1,51019см-2, что может в сравнении с I незначительно отразиться на теплопроводности.
В сплавах сопротивление, обусловленное дефектами, возрастает из-за случайного характера расположения атомов, и температурная область, в которой
где Ь0 - идеальное число Лоренца в чистых металлах.
При Т > © можно ожидать [7], что экспериментальное число Лоренца в материале может достигать идеального, тогда решеточную X можно определить, если допустить, что отклонение от Ь0 происходит за счет решеточной составляющей. В табл. 6 приведено значение Ь, вычисленное при Т1 образца сплава № 1. В качестве примера мы сопоставили полученное в этом образце число Ь = 2,5110-8 Вт-Ом/К2 с известным значением [7] для двух сплавов платины при 300 К (Ь = (2,59 и 2,61)10-8 Вт-Ом/К2, результат говорит о близости этих величин в обоих типах сплавов и о достоверности нашего экспериментального результата. Далее определено превышение этого числа (Ь) в САВ-1 относительно идеального (Ь0) в (4): Ь0 = 2,443 10-8 Вт-Ом/К2, оно составило величину АЬ = Ь - Ь0 = 0,07-10-8 ВтОм/К2. Отсюда следует заключение, что решеточная теплопроводность при 300 К исходного САВ-1 составляет порядка 3% относительно электронной. Для сравнения, такой расчет для меди при 300 К [7] показал, что решеточная теплопроводность достигает 1%, следовательно, в алюминиевом сплаве, как и в большинстве подобных твердых растворов, вклад данной компоненты весьма мал и его численная величина того же порядка. Таким образом, полученный результат и его оценка подтверждают вышесделанное предположение, что экспериментально измеренная общая X исходного необлученного сплава около комнатной Т практически полностью определяется электронами, и механизм, который обусловливает теплопроводность, а следовательно, и перенос тепла в САВ-1, соответствует механизму Дебая.
Дозовые зависимости параметров l, L, о для САВ-1 Dose dependence of parameter l, L, о for samples SAV-1
Таблица 6 Table 6
№ образца Ф, см-2 о, 1/Омм l, нм Al/l, % L, Вт Ом/К2 AL
1 0 2,8107 0,035 - 2,51 10-8 0,0710-8
3 1018 2,7-107 0,031 11,4 1,8010-8 -0,6410-8
4 1019 2,6-107 0,027 22,9 1,5910-8 -0,85 10-8
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 1 (93) 2011
© Scientific Technical Centre «TATA», 2011
Исходя из полученных в работе результатов (табл. 6), сделан вывод, что в облученном нейтронами сплаве электронное число Лоренца существенно уменьшается с повышением флюенса, оно падает ниже идеального и составляет его некоторую часть, т.е. обнаружен отрицательный радиационный эффект для АЬ. Поскольку Ь связывает электрическое сопротивление и тепловое сопротивление, при этом первое слабо меняется с Ф, то радиационный эффект для отношения Ь(Т/©) по существу определяется изменением второго параметра. По-видимому, в обработанном на реакторе сплаве в промежуточной области температур имеет место отклонение от закона Видемана-Франца-Лоренца. Последнее свидетельствует о том, что общая теплопроводность при повышенных Т и Ф преимущественно определяется не электрон-электронным рассеянием, а рассеянием на дефектах решетки, на фононах, т.е. основной вклад в X в промежуточной области температур вносит решеточная составляющая, определяемая фонон-фононными процессами в облученном большими флюенсами алюминиевом сплаве САВ-1.
Выводы
Оценен температурный и радиационный эффект изменения теплофизического параметра - теплопроводности конструкционного алюминиевого сплава типа САВ-1. Установлены основные закономерности терморадиационного модифицирования теплопрово-дящих свойств обработанного в каналах ядерного реактора материала, в частности, прослежено их уменьшение при комнатной температуре в зависимости от дозы облучения. Обнаружена нелинейная радиационная кинетика X(Т) во всем интервале температур (25220 °С), когда местоположение кривой зависит от дозы облучения (например, при Ф = 1018 см-2 она расположена ниже, чем при Ф=0, а при Ф = 1019 см-2 - выше, чем при Ф = 1018 см-2).
На базе полученных данных по общей теплопроводности X(Т) сплава и литературных сведений оценен радиационный эффект для числа Лоренца и длины свободного пробега электрона. Установлено, что решеточная теплопроводность при 300 К исходного сплава составляет порядка 3% относительно электронной, сделано заключение, что общая теплопроводность практически полностью определяется электронами и его механизм соответствует механизму Дебая. В облученном нейтронами образце обнаружено падение числа Лоренца ниже идеального, что может свидетельствовать о том, что общая теплопроводность при повышенных Т и Ф преимущественно
определяется рассеянием на дефектах решетки, на фононах. Сделан вывод, что основной вклад в X вносит решеточная составляющая, определяемая фонон-фононными процессами в облученном большими флюенсами алюминиевом сплаве САВ-1.
Список литературы
1. Бреховских С.М., Викторова Ю.Н., Ланда Л.М. Радиационные эффекты в стеклах. М.: Энергоиздат, 1982.
2. Попов С.Г., Проселков В.Н. Теплоемкость в двухфазных областях и теплота фазовых превращений некоторых бинарных сплавов системы Zr-Nb // Атомная энергия. 2005. Т. 99, Вып. 1. С. 13-25.
3. Скобельцина Т.Н., Юрченко В.Г., Большаков
B.И. и др. Теплопроводность быстрообъемной теплоизоляции // Атомная энергия. 2005. Т. 99, Вып. 3.
C. 236-238.
4. Бубнова Т.А., Ионайгис Р.Р. Опускное течение воздушных смесей в вертикальных каналах // Атомная энергия. 2010. Т. 108, Вып. 3. С. 138-144.
5. Парфенова Л. С., Орлова Т. С., Картениас Н.Ф. и др. Теплопроводность высокопористого биоуглерода с канальным типом пор // ФТТ. 2009. Т. 51, Вып. 10. С. 1909-1916.
6. Денисова Э.И., Шак А.В. Измерение теплопроводности на измерителе ИТ-Х-400. Екатеринбург: Изд-во ГОУ-ВПО УТТУ, 2005.
7. Берман Р. Теплопроводность твердых тел. М.: Мир, 1979.
8. Охоткин А.С., Боровикова Р.П., Нечаева Т.В. и др. Теплопроводность твердых тел. Справочник. М.: Атомэнергоиздат, 1984.
9. Динс Дж., Винер Дж. Радиационные эффекты в твердых телах. М.: ИИЛ, 1960.
10. Абдукадырова И.Х., Байтелесов С.А., Салих-баев У.С. О радиационном эффекте в облученных на реакторе конструкционных материалах // Труды 6 международной конференции по РТЭП. 8-15 авг. 2008 г. Томск, Россия. 2008. С. 351-354.
11. Абдукадырова И.Х., Таджибаев Д.П. Исследование механических свойств конструкционного алюминиевого сплава САВ-1 // Атомная энергия. 2009. Т. 107, Вып. 2. С. 113-115.
12. Салихбаев У.С., Байтелесов С.А., Сандалов В.Н., Кунгуров Ф.Р. Халиков У.А. Электропроводность алюминиевых сплавов, облученных нейтронами // Атомная энергия. 2010. (Принято к опубликованию).
