ЯДРОЛЫҚ ОТЫННЫҢ БӨЛІНУ СЫНЫҚТАРЫМЕН САЛЫСТЫРЫЛАТЫН АУЫР ИОНДАРМЕН СӘУЛЕЛЕНУ КЕЗІНДЕ КОМПОЗИТТІК CER-CER КЕРАМИКАЛАРЫНДАҒЫ ҚҰРЫЛЫМДЫҚ ЗАҚЫМДАНУ КИНЕТИКАСЫН ЗЕРТТЕУ

Жұмыста ауыр Kr¹⁵⁺ және Xe²³⁺ иондарының жоғары температуралық сәулеленуінен туындаған радиациялық зақымдануға оксидті қосылыстар негізінде cer-cer типіндегі композиттік керамиканың құрылымдық, беріктік және жылу-физикалық параметрлерінің өзгерістерін бағалау нәтижелері келтірілген. Жүргізілген зерттеулер барысында кристалдық құрылымның деформациялық бұрмалануына және оның көлемінің ұлғаюына байланысты құрылымдық параметрлердің өзгеруі мен беріктік және жылу-физикалық параметрлердің деградациясын бағалау нәтижелері арасында өзара байланыс орнатылды. Сәулелену флюенсінің жоғарылауы керамика қасиеттерінің деградациясының кумулятивті әсеріне әкелетіні анықталды, ал ауыр иондармен сәулелену жағдайында Xe²³⁺ құрылымдық ретке келтіру және беріктік пен термофизикалық параметрлердің деградациясының әсері Kr¹⁵⁺ иондарымен сәулелену жағдайына қарағанда айқынырақ болады. Бұл құбылыс ұшатын иондардың иондану шығындарының шамаларындағы айырмашылықтарға, сондай-ақ ұшатын иондардың зақымдалған қабаттың кристалдық құрылымымен әрекеттесуі нәтижесінде пайда болатын зақымдалған аймақтардың мөлшеріне байланысты. Сонымен қатар, екі фазалы Al₂O₃ – ZrO₂ керамикасы радиациялық ынталандырылған тазарту процестеріне ең тұрақты болып табылады, онда фазааралық шекаралардың болуы жоғары дозалы сәулелену кезінде тозуға және деструкцияға төзімділіктің артуына әкеледі. Екі фазалы керамика жағдайында радиациялық зақымдануды тежеу механизмі ретінде нүктелік және бос ақаулардың диффузиясын тоқтататын, сондай-ақ зақымдалған қабаттың құрылымдық реттелу дәрежесін төмендететін тосқауыл ретінде әрекет ететін фазааралық шекаралардың болуы қарастырылады. 

1. Golosov O. A. et al. Corrosive and mechanical resistance of MgO ceramics under metallizing and mild chlorination of spent nuclear fuel in molten salts // Ceramics International. – 2021. – Vol. 47, No. 3. – P. 3306–3311.

2. Evarts J. S. et al. Ceramic–Metal (Cermet) Composites: A Review of Key Properties and Synthesis Methods Focused on Nuclear Waste Immobilization // Industrial & Engineering Chemistry Research. – 2024. – Vol. 63, No. 14. – P. 6003–6023.

3. Liu Y. et al. Irradiation response of Al2O3-ZrO2 ceramic composite under He ion irradiation // Journal of the European Ceramic Society. – 2021. – Vol. 41, №. 4. – P. 2883– 2891

4. Alekseeva L. S. et al. Radiation resistance of fine-grained YAG: Nd ceramics irradiated with swift heavy multicharged Ar and Xe ions // Ceramics International. – 2024. – Vol. 50, No. 24. – P. 55251–55262.

5. Wei H. et al. Modeling of irradiation-induced thermomechanical coupling and multi-scale behavior in a fully ceramic-microencapsulated fuel pellet // Journal of Nuclear Materials. – 2021. – Vol. 544. – P. 152673.

6. Zacharie-Aubrun I. et al. Effects of irradiation on mechanical properties of nuclear UO2 fuels evaluated by Vickers indentation at room temperature // Journal of Nuclear Materials. – 2021. – Vol. 547. – P. 152821.

7. D'Agata E. et al. The behaviour under irradiation of molybdenum matrix for inert matrix fuel containing americium oxide (CerMet concept) // Journal of Nuclear Materials. – 2015. – Vol. 465. – P. 820–834.

8. Lee W. E. et al. Opportunities for advanced ceramics and composites in the nuclear sector // Journal of the American Ceramic Society. – 2013. – Vol. 96, No. 7. – P. 2005– 2030.

9. Sauder C. Ceramic matrix composites: nuclear applications // Ceramic matrix composites: materials, modeling and technology. – 2014. – P. 609–646.

10. Bonal J. P. et al. Graphite, ceramics, and ceramic composites for high-temperature nuclear power systems // MRS bulletin. – 2009. – Vol. 34, No. 1. – P. 28–34.

11. Castro L. et al. Thermal analysis of ceramic nuclear fuels for the HPLWR // Annals of Nuclear Energy. – 2019. – Vol. 127. – P. 227–236.

12. Toulemonde M., Bouffard S., Studer F. Swift heavy ions in insulating and conducting oxides: tracks and physical properties // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms. – 1994. – Vol. 91, No. 1–4. – P. 108–123.

13. Kamarou A. et al. Swift heavy ion irradiation of InP: Thermal spike modeling of track formation // Physical Review B: Condensed Matter and Materials Physics. – 2006. – Vol. 73, №. 18. – P. 184107.

14. Naslain R. Design, preparation and properties of nonoxide CMCs for application in engines and nuclear reactors: an overview // Composites Science and Technology. – 2004. – Vol. 64, №. 2. – P. 155-170.

15. Ishikawa N., Taguchi T., Ogawa H. Comprehensive understanding of hillocks and ion tracks in ceramics irradiated with swift heavy ions // Quantum Beam Science. – 2020. – Vol. 4, No. 4. – P. 43.

16. Beauvy M. et al. Damages in ceramics for nuclear waste transmutation by irradiation with swift heavy ions // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms. – 2006. – Vol. 242, No. 1–2. – P. 557-561.

17. Rymzhanov R. A. et al. Overlap of swift heavy ion tracks in Al2O3 // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms. – 2018. – Vol. 435. – P. 121–125.

18. García G. et al. Amorphization kinetics under swift heavy ion irradiation: A cumulative overlapping-track approach //Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms. – 2011. – Vol. 269, No. 4. – P. 492–497.