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Tesis

Estudio de la naturaleza de los defectos creados por irradiación neutrónica que provocan la fragilización de aceros de recipientes a presión de centrales nucleares

2016



Tesista Aníbal Carlos DI LUCH
Ingeniero Mecánico - Instituto de Enseñanza Superior del Ejército - Argentina
Especialista en Ensayos No Destructivos - Instituto Sabato UNSAM/CNEA - Argentina
Magíster en Ciencia y Tecnología de Materiales - Instituto Sabato UNSAM/CNEA - Argentina
Directores Dra. Ana María FORTIS.  CNEA, UNSAM - Argentina
Dr. Rodolfo Antonio KEMPF.  CNEA - Argentina
Lugar de realizaciónGerencia Materiales - Centro Atómico Constituyentes - CNEA - Argentina
Gerencia Investigación y Aplicaciones - Centro Atómico Constituyentes - CNEA - Argentina
Reactor RA1 - Centro Atómico Constituyentes - CNEA - Argentina
Celdas Calientes - Centro Atómico Ezeiza - CNEA - Argentina
Fecha Defensa 4/11/2016
Jurado Dr. José Victorio OVEJERO GARCÍA.  CNEA, UNSAM - Argentina
Mag. Adriana Ángela POLITI.   ARN - Argentina
Dr. Mariano QUINTERO.  CNEA, UNSAM, CONICET - Argentina
Código IS/T 173/16

Resumen

Entre los componentes pasibles del daño por radiación en los reactores nucleares está el recipiente a presión (RPR) de una Central como Atucha II, realizado con un acero ferrítico bajo la denominación A/SA-508 Gr. 3 Cl. 1. Por radiación neutrónica un recipiente a presión fragiliza de modo tal que, bajo ciertas condiciones accidentales, se puede producir su rotura catastrófica.

Para garantizar la integridad de los RPR se realizan programas de vigilancia; además, y para anticipar los efectos, se irradian muestras del acero en forma muy acelerada en reactores experimentales.

Los ensayos acelerados  no garantizan que el daño por radiación sea similar al sufrido por el recipiente durante su vida en servicio ya que hay propiedades que dependen, entre otros factores, de la difusión de aleantes y/o impurezas, o sea de la intensidad de la irradiación y del tiempo.

Para probar esto, en los Laboratorios del grupo Daño por Radiación del Departamento Estructura y Comportamiento de la Gerencia de Materiales de CNEA se diseñó y construyó una instalación en el Reactor RA1 del Centro Atómico Constituyentes para irradiar un acero similar al que constituye el RPR de la central Atucha II.  Se llevaron a cabo dos irradiaciones con distintas aceleraciones en condiciones estrictas de espectro neutrónico y temperatura y se realizaron los ensayos mecánicos. Para esta tesis, se planificó y se está llevando a cabo una tercera irradiación del mismo material con un factor de avance menor a los anteriores, para lo cual se rediseñó el dispositivo de irradiación (loop) y el portaprobetas.

Una técnica basada en las propiedades magnéticas del material se aplicó al material irradiado previamente para relacionar los resultados mecánicos con la microestructura desarrollada. Las técnicas magnéticas constituyen alternativas experimentales para los programas de vigilancia de los RPR, ya que requieren menor cantidad de material y pueden implementarse “in situ”.

De los resultados obtenidos a través de tratamientos térmicos se desprende que la formación de precipitados inducida por la radiación es la componente principal de las variaciones del comportamiento magnético y de la fragilización.

Siguiendo esta línea, el ensayo de punzonado, SPT, o Small Punch Test, es un procedimiento prácticamente no destructivo en virtud del tamaño reducido de las probetas  y permite valorar las propiedades mecánicas de los materiales; en particular para esta tesis se desarrolló el equipamiento y se aplicó al acero del RPR obteniéndose buena relación con los ensayos tradicionales.

Complete Title

Study of the nature of the defects created by neutron irradiation that cause embrittlement of Nuclear Power Plant Pressure Vessel Steels

Abstract

Keywords: pressure vessels, steels, radiation embrittlement, flux effect.

Among the components exposed to radiation damage in nuclear reactors is the pressure vessel (RPV) of Atucha II Nuclear Power Plant; it is made of ferritic steel A/SA-508 Gr. 3 Cl. 1. Neutron irradiation embrittles the pressure vessel so that, under certain accident conditions, it can produce its catastrophic failure.

To ensure the integrity of the RPV, surveillance programs are carried out. Steel samples are irradiated in an accelerated way in research reactors to anticipate the effects.

The accelerated tests do not guarantee that radiation damage is similar to that suffered by the vessel during its life as there are properties that depend, among other factors, on the diffusion of alloying elements and/or impurities, the intensity and duration of the irradiation.

To perform this assessment in the Radiation Damage Laboratory CNEA, it was designed and built a facility in the RA1 Research Reactor at Constituyentes Atomic Center. Two irradiations were carried out with different lead factors under strict temperature conditions and neutron spectrum and mechanical tests were performed. For this thesis, it was scheduled and it is currently being conducted a third irradiation of the same material with a lead factor of less than the former irradiation, for which the irradiation device (loop) and the specimen holder were redesigned.

A technique based on the magnetic properties of the material applied to the previously irradiated material to relate mechanical results to the microstructure developed. The magnetic techniques are experimental alternatives for the RPV surveillance programs because they require less material and can be implemented "in situ".

From the results obtained through heat treatment it is seen that the formation of precipitates induced by radiation is the main component of the variations in the magnetic behavior and embrittlement.

In this line, SPT, or Small Punch Test, is essentially a non-destructive procedure due to small size of the test samples and it allows to assess the mechanical properties of materials; in particular for this thesis the equipment was developed and applied to RPV steel obtaining good relationship with conventional tests.


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