НЕЙТРОННАЯ АКТИВАЦИЯ И ГАЗООБРАЗОВАНИЕ В БЕРИЛЛИДАХ ТИТАНА И ХРОМА В НЕЙТРОННЫХ ПОЛЯХ РЕАКТОРОВ ДЕЛЕНИЯ И ТЕРМОЯДЕРНОГО СИНТЕЗА

Интерметаллидные соединения на основе бериллия рассматриваются как перспективные функциональные и конструкционные материалы для ядерных систем нового поколения. В работе исследованы нейтронно-индуцированная активация и образование газовых продуктов в титановых и хромовых бериллидах Be₁₂Ti и Be₁₂Cr с учетом технологических примесей. Экспериментальные гамма-спектрометрические измерения образцов, облученных в реакторе ВВР-К, сопоставлены с расчетами методом Монте-Карло. Для основных продуктов активации Sc-46, Mn-54, Fe-59 и Cr-51 получено удовлетворительное согласие расчета и эксперимента. Дополнительно выполнена расчетная оценка образования He-4, He-3, T и Li-6 в спектре D-T-нейтронов, характерном для ITER, при одинаковом интегральном флюенсе. Показано, что нейтронный спектр существенно изменяет профиль активации и газообразования, что необходимо учитывать при переносе данных реакторных испытаний на условия термоядерных установок.

1. Zinkle S.J., Busby J.T. Structural materials for fission & fusion energy // Materials Today. 2009. Vol. 12. P. 12-19. DOI: 10.1016/S1369-7021(09)70294-9.

2. Sawan M.E. Damage parameters of structural materials in fusion environment compared to fission reactor irradiation // Fusion Engineering and Design. 2012. Vol. 87. P. 551-555. DOI: 10.1016/j.fusengdes.2012.01.022.

3. O’Brien M.H., Loughlin M.J. Displacement damage quantification in future fusion systems // Fusion Engineering and Design. 2007. Vol. 82. P. 2536-2542. DOI: 10.1016/j.fusengdes.2007.08.006.

4. Rowcliffe A.F., Garrison L.M., Yamamoto Y., Tan L., Katoh Y. Materials challenges for the fusion nuclear science facility // Fusion Engineering and Design. 2018. Vol. 135. P. 290-301. DOI: 10.1016/j.fusengdes.2017.07.012.

5. Gorley P. et al. DEMO structural materials qualification and development // Fusion Engineering and Design. 2021. Vol. 163. Article 112111. DOI: 10.1016/j.fusengdes.2020.112111.

6. Cohen-Tanugi D., Stapelberg M.G., Short M.P., Ferry S.E., Whyte D.G., Hartwig Z.S., Buonassisi T. Long-term research and design strategies for fusion energy materials // Matter. 2024. Vol. 7. DOI: 10.1016/j.matt.2024.08.017.

7. Bornschein B., Day Chr., Demange D., Pinna T. Tritium management and safety issues in ITER and DEMO breeding blankets // Fusion Engineering and Design. 2013. Vol. 88. P. 466-471. DOI: 10.1016/j.fusengdes.2013.03.032.

8. Fujii Y. et al. Hydrogen retention behavior of beryllides as advanced neutron multipliers // Nuclear Materials and Energy. 2016. Vol. 9. P. 233-236. DOI: 10.1016/j.nme.2016.03.001.

9. Hwang T., Kim J.-H., Nakano S., Nakamichi M. Mechanical properties of beryllium-titanium intermetallic compounds fabricated by plasma sintering // Nuclear Materials and Energy. 2022. Vol. 30. Article 101117. DOI: 10.1016/j.nme.2022.101117.

10. Gaisin R., Rolli R., Podoinikov M., Kuksenko V., Seemann K., Bergfeldt T., Chakin V., Vladimirov P. Microstructure and high-temperature mechanical performance of industrial-scale titanium and chromium beryllides for fusion applications //journal of Alloys and Compounds. 2025. Vol. 1044. Article 184503. DOI: 10.1016/j.jallcom.2025.184503.

11. Khripunov I. et al. Secondary radiation damage and gas production in plasma facing materials under fusion neutron irradiation // Fusion Engineering and Design. 2017. Vol. 123. P. 377-381. DOI: 10.1016/j.fusengdes.2017.02.107.

12. Shaimerdenov A.A., Nakipov D.A., Arinkin F.M., Gizatulin S.K., Chakrov P.V., Ye A. Kenzhin the 50th anniversary of the WWR-K research reactor // Physics of Atomic Nuclei. 2018. Vol. 81, No. 10. P. 1408-1411. DOI: 10.1134/S1063778818100162.

13. Arinkin F.M., Shaimerdenov A.A., Gizatulin Sh.Kh., Dyussambayev D.S., Koltochnik S.N., Chakrov P.V., Chekushina L.V. WWR-K research reactor core conversion // Atomic Energy. 2017. Vol. 123. P. 15-20. DOI: 10.1007/s10512-017-0294-0.

14. Shaimerdenov A., Akhanov A., Askerbekov S., Kulsartov T., Aitkulov M., Sairanbayev D., Nessipbay A., Bugybay Zh., Kenzhina I., Shakirov B., Kylyshkanov M., Podoinikov M. Kinetics of gas release from titanium beryllide irradiated to different neutron fluences // Fusion Engineering and Design. 2025. Vol. 216. Article 115069. DOI: 10.1016/j.fusengdes.2025.115069.

15. Bugybay Zh.T. et al. Development of irradiation capsule design and plan for neutron irradiation of chromium beryllide samples in the WWR-K reactor // Nuclear Materials and Energy. – 2026. – Vol. 47. – Article 102118. DOI: 10.1016/j.nme.2026.102118.

16. Goorley J.T. et al. Initial MCNP6 Release Overview MCNP6 version 1.0. Los Alamos: Los Alamos National Laboratory, 2013. LA-UR-13-22934.

17. Chadwick M.B. et al. ENDF/B-VII.1: Nuclear Data for Science and Technology: Cross Sections, Covariances, Fission Product Yields and Decay Data // Nuclear Data Sheets. 2011. Vol. 112. P. 2887-2996.

18. Afanasenko R., Vukolov K., Andreenko E., Orlovskiy I., Rodionov R. Radiation environment in ITER tokamak equatorial port 11 // Fusion Engineering and Design. 2024. Vol. 200. Article 114208. DOI: 10.1016/j.fusengdes.2024.114208.

19. Pampin-Garcia R., Loughlin M.J. Neutronic and activation calculations for PPCS plant model B (HCPB). UKAEA/ EURATOM Fusion Association, 2002. PPCS/UKAEA/ PPCS4D2-2.

20. van Houtte D., Okayama K., Sagot F. ITER operational availability and fluence objectives // Fusion Engineering and Design. 2011. Vol. 86, No. 6-8. P. 680-683. DOI: 10.1016/j.fusengdes.2010.12.069.