ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ФАКТОРОВ НА СКОРОСТЬ НАКОПЛЕНИЯ СТРУКТУРНЫХ ПОВРЕЖДЕНИЙ В КОМПОЗИТНЫХ КЕРАМИКАХ

В работе рассмотрено влияние температуры нагрева при облучении тяжелыми ионами композитных керамик на процессы структурного разупрочнения и разупорядочения, вызванные накоплением радиационных повреждений. Вариация температуры облучения составляла от 300 до 1000 K, что позволило имитировать процессы радиационных повреждений, наиболее приближенных к реальным условиям эксплуатации. В ходе проведенных исследований была определена прямая зависимость между изменениями степени разупрочнения твердости и прочности на изгиб от величины объемно-деформационного распухания кристаллической структуры, а также вклад термических эффектов в деградацию структурных и прочностных свойств керамик. Согласно полученным данным, установлено, что увеличение концентрации аморфных включений в поврежденном слое, наличие которых имеют прямую зависимость как от флюенса облучения, так и температуры, приводит к более выраженной деградации прочностных характеристик, свидетельствующих о дестабилизации устойчивости керамик к процессам разупрочнения при высокодозном облучении. При этом степень разупрочнения имеет прямую зависимость от температуры облучения, что в случае рассмотрения применимости данных керамик в качестве материалов инертных матриц требует учета при прогнозированию сроков их эксплуатации. Определено, что увеличение температуры облучения приводит к более выраженной дестабилизации прочностных свойств, в особенности, ухудшении твердости и прочности на изгиб при флюенсах 10¹³–10¹⁴ ион/см², деградация которых превышает допустимые значения снижения в 5% от начальных значений.

1. Wang Y. et al. Micro and macro damage defects in heavyion irradiated MgO-Nd2Zr2O7 composite ceramics used for inert matrix fuel // Journal of the European Ceramic Society. – 2024. – Vol. 44, No. 7. – P. 4804–4815.

2. Luzzi L. et al. Performance analysis and helium behaviour of Am-bearing fuel pins for irradiation in the MYRRHA reactor // Nuclear Engineering and Design. – 2024. – Vol. 420. – P. 113048.

3. Parveen R. et al. Investigation of radiation tolerance of yttria stabilized zirconia in the ballistic collision regime: Effect of grain size and environmental temperature // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms. – 2024. – Vol. 551. – P. 165344.

4. Ichinomiya T. et al. Temperature accelerated dynamics study of migration process of oxygen defects in UO2 // Journal of nuclear materials. – 2009. – Vol. 384, No. 3. – P. 315–321.

5. He L. et al. Bubble evolution in Kr-irradiated UO2 during annealing // Journal of Nuclear Materials. – 2017. – Vol. 496. – P. 242–250.

6. Onofri C. et al. Evolution of extended defects in polycrystalline UO2 under heavy ion irradiation: combined TEM, XRD and Raman study // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms. – 2016. – Vol. 374. – P. 51–57.

7. Hung C. Y. et al. Evolution of extended defects in UO2 during high temperature annealing // Journal of Nuclear Materials. – 2024. – Vol. 593. – P. 154997.

8. Charatsidou E. et al. Proton irradiation-induced cracking and microstructural defects in UN and (U, Zr) N composite fuels // Journal of Materiomics. – 2024. – Vol. 10, No. 4. – P. 906–918.

9. Banerjee R. H. et al. Radiation stability testing of hydrated and heat-treated magnesium potassium phosphates for back end nuclear fuel cycle applications // Ceramics International. – 2024. – Vol. 50, No. 1. – P. 2405–2414.

10. He J. et al. Influence of ion‐induced lattice stress and phase transition on the irradiation resistance of highentropy ceramics // Journal of the American Ceramic Society. – 2024. – Vol. 107, No. 1. – P. 615–623.

11. Koyanagi T. et al. Mechanical degradation of duplex SiCfiber reinforced SiC matrix composite tubes under a controlled high-temperature steam environment // Ceramics International. – 2024. – P. 1–10.

12. He J. et al. Secondary phase evolution of high-entropy ceramics under heavy-ion irradiation in high-temperature coupling-induced environment // Scripta Materialia. – 2024. – Vol. 248. – P. 116145.

13. Borgekov D. B. et al. The effect of oxygen vacancies on the optical and thermophysical properties of (1−x) Si3N4−xAl2O3 ceramics // Optical Materials. – 2024. – Vol. 157. – P. 116056.

14. Козловский А. Л., Азамбаев С. Б., Абшукирова А. М. Изучение влияния вариации фазового состава композитных керамик на устойчивость к радиационным повреждениям.// Вестник НЯЦ РК. – 2024. – Т. 4. – С. 164–174. [Kozlovskiy A. L., Azambaev S. B., Abshukirova A. M. Study of the influence of phase composition variation of composite ceramics on resistance to radiation damage // NNC RK Bulletin. – 2024. – Vol. 4. – P. 164–174. (In Russ.)]

15. Yan F. et al. The critical influencing factors responsible for the particle cracking in UMo/Zr dispersion fuel plates during post-irradiation anneal tests // Journal of Nuclear Materials. – 2024. – Vol. 593. – P. 154993.

16. Liu D., Wang Q., Zhang T. Phase-field simulation of the effect of grain boundary on fission gas migration in UO2 fuel // Journal of Physics: Conference Series. – IOP Publishing, 2024. – Vol. 2749, No. 1. – P. 012001.

17. Jiang Y. et al. Effects of grain boundaries on the evolution of radiation-induced bubbles in polycrystalline tungsten: A phase-field simulation // Journal of Nuclear Materials. – 2024. – Vol. 588. – P. 154757.