Aliaje metalice rezistențe la radiații

Generalitati

Sub actiunea radiatiilor, materialele de constructie sufera transformari structurale ce au o influenta negativa asupra proprietatilor mecanice si asupra rezistentei la coroziune. Dintre toate tipurile de radiatii (cu neutroni, cu particule  sau , radiatia γ), cea mai puternica influenta o are radiatia cu neutroni.

Materialele care-si pastreaza stabilitatea structurala si proprietatile sub actiunea radiatiei cu neutroni, se numesc materiale stabile la radiatii. Mediul radioactiv este caracterizat prin spectrul neutronic si prin fluxul de neutroni.

Spectrul se determina prin nivelele discrete energetice ale neutronilor. In functie de energia neutronilor necesara pentru desfasurarea reactiei nucleare in lant, se deosebesc doua tipuri de reactoare: cu neutroni lenti (termici) si cu neutroni rapizi. Fluxul de neutroni este caracterizat de intensitatea mediului radioactiv si se exprima prin numarul de neutroni cu energia E > 0,1 MeV, ce traverseaza o sectiune de 1 cm2 intr-o secunda (neutroni / (cm2 s)). Fluxul de neutroni caracterizeaza doza sumara de radiatie si reprezinta masura acumularii activitatii radioactive.

In figura 1 este aratat modul in care se deterioreaza reteaua cristalina in urma interactiunii atomilor cu neutroni de energie mare. Interactiunile produc dislocari ale atomilor sau o cascada de dislocari in retea in functie de cantitatea de energie transmisa de neutron atomului de metal. Primul atom ce a fost bombardat de neutron, ca in biliard, va lovi alti atomi, generand astfel in retea si alte dislocari.

In urma acestei cascade de dislocari se genereaza volume cu o densitate mare de vacante, avand la periferie o concentratie mare de atomi interstitiali. Un singur neutron este capabil sa creeze in Al, de exemplu, mai mult de 6000 de vacante, iar in beriliu, care are o energie a legaturii interatomice mai mare, mai mult de 450 de vacante.

Figura 1-Modelul defectelor ce apar ca urmare a iradierii, cauzate de ciocnirea neutronilor cu atomii retelei cristaline

In afara de dislocari, fluxurile puternice de neutroni excita atomii si intetesc vibratia acestora, care este insotita de ridicarea locala a temperaturii. Cresterea temperaturii faciliteaza recoacerea prin iradiere, care presupune anihilarea de vacante si de atomi interstitiali.

Temperaturile ridicate si radiatia cu neutroni pot induce in material reactii nucleare cu formarea de heliu, care duce la randul sau la aparitia de bule de gaz la limita de graunte.

Transformarile structurale duc la schimbarea proprietatilor mecanice. Ca urmare, la o temperatura mai mica decat temperatura de recristalizare - iradiere de joasa temperatura - metalul se durifica, dar pierde din tenacitate si plasticitate.

Influenta fluxului de neutroni - asupra rezistentei mecanice, rezistentei la curgere si asupra plasticitatii la 20°C pentru un otel austenitic Cr-Ni este aratata in figura 2. Otelul are rezistenta maxima pentru - = 3 x 1019 neutroni / cm2 , Rp0,2 avand o crestere mai rapida decat Rm, fapt ce scade capacitatea de ecruisare.

Cresterea ulterioara a fluxului nu mai are practic nici o influenta asupra proprietatilor otelului. In afara de fluxul de neutroni, o importanta deosebita o are, de asemenea, si valoarea de temperatura la care are loc iradierea sub Trecristalizare (de joasa temperatura - figura 3).

Cea mai puternica fragilizare o sufera otelurile austenitice prin iradierea in intervalul de temperaturi 250 - 350°C. Plasticitatea aliajelor de titan scade si ea prin iradiere. Dar, spre deosebire de oteluri, acestea nu sufera o scadere de plasticitate in acelasi interval de temperaturi (figura 4).