ГАММА-СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС

Комплекс предназначен для измерения активности радионуклидов; измерения суммарной активности образцов; измерения спектров ионизирующего излучения; определения радионуклидного состава образцов, активности активационных индикаторов и активности продуктов деления в твэлах ВОТК и других топливных композициях.

γ-спектрометрические измерения позволяют осуществлять неразрушающий контроль радиоактивных материалов непосредственно в местах их расположения.

Пробоотборный метод определения относительного выхода продуктов деления. Исследования активности теплоносителя на пусках реактора ИВГ.1М, с целью определения содержания продуктов деления в теплоносителе с использованием полупроводникового гамма-детектора, проводятся в соответствии с программой «Физические исследования на системе КГО твэлов реактора ИВГ.1М»

Метод инструментального нейтронно-активационного анализа (ИНАА). При проведении инструментального варианта многоэлементного нейтронно-активационного анализа для селективного измерения активности исследуемых радионуклидов используется не радиохимическое их разделение, а только аппаратные средства и специальные программы обработки зарегистрированных гамма-спектров.

Для проведения ИНАА на реакторах НЯЦ РК входными данными являются: режимы облучения образцов, режимы выдержки и время измерения.

В состав действующего гамма-спектрометрического комплекса входит следующее оборудование:

— Германиевые полупроводниковые детекторы CANBERRA:

— Сцинтилляционные детекторы CANBERRA 802-3;

— Гамма-спектрометры (анализаторы спектров): InSpector, InSpector-2000, DSA-LX;

— Аналитические весы: ВЛР-200, OHAUS pioneer PA64C;

— Сосуды Дьюара (объемом от 17 до 30 л);

— Низкофоновая защита, коллиматор.

Основные направления исследований:

— получение экспериментальных данных по активации элементов-аналитов в образцах материалов ядерной техники, исследование условий выдержки и измерения образцов;

— проведение k0-ИНАА по облучению совместно с материалами ядерной техники стандартных образцов с аттестованными значениями доли аналитических элементов в образцах (до 30 элементов, определяемых с помощью ИНАА);

— определение микропримесей в составе образцов относительным методом (метод эталонов);

— определению энерговыделения (удельного числа делений) в мониторах энерговыделения, твэлах и удельного числа реакций активационными индикаторами (АИ); определение относительного содержания ²³⁵U в топливных детекторах;

— определение относительного распределения интенсивности гамма-излучения по высоте экспериментального устройства с целью прогнозирования возможного распределения расплава топлива в полости ЭУ;

— оценка активности теплоносителя, определение содержания продуктов деления (в теплоносителе реактора ИВГ.1М).

Комплекс используется в системе реактора ИВГ.1М, обеспечивающей технически правильную и безопасную эксплуатацию реактора, в частности в системе контроля герметичности оболочек твэлов (СКГО) — во время пусковых смен  пробоотборным методом проводится определение содержания продуктов деления в теплоносителе реактора ИВГ. Также с помощью комплекса проводится идентификация радионуклидов в составе ИИИ и ТРО, поступающих на длительное хранение.

 

КОМПЛЕКС ДЛЯ МАТЕРИАЛОВЕДЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Установка «УТФИ-2»

Установка «УТФИ-2» предназначена для исследования комплекса теплофизических характеристик модельного оксидного ядерного топлива – температуропроводности, теплоемкости, теплопроводности. На установке «УТФИ-2» можно проводить исследования теплофизических свойств материалов с теплопроводностью в диапазоне от 2 до 20 Вт×м^-1×К^-1, в диапазоне температур от 20 до 800 °С. Теплофизические свойства определяются методом «вспышки». Исследования могут проводиться как в вакууме, так и в инертной газовой среде.

Технические характеристики:

Питание установки………………………………………………. переменный ток (220 В ± 2 %, 50 Гц);

Потребляемая мощность……………………………………… не более 1500 Вт;

Габаритные размеры……………………………………………. 560×560×920 мм;

Погрешность при определении

коэффициента температуропроводности ………… не более 4 %;

удельной теплоемкости……………………………………… не более 4 %;

коэффициента теплопроводности…………………….. не более 10 %;

Размеры исследуемого образца………………………… диаметр 12 мм; толщина 4 мм

Участок оптической микроскопии

Для изучения микроструктуры исследуемых образцов комплекс оснащен прямым металлографическим микроскопом Olympus BX-41M (×800), а также инвертированными микроскопами МЕТАМ ЛВ-41 (×1000) и Sop-Top ICX41M (×1500), позволяющих проводить исследования в отраженном свете в светлом и темном поле, в режиме поляризации и по методу DIC (дифференциально-интерференционного контраста). На всех микроскопах предусмотрена цифровая фотосъемка.

С помощью портативного металлографического микроскопа МПМ-2У (ООО НПК МИКРОКОН) производится неразрушающий контроль структуры материалов без отделения образцов проб от металлоконструкций.

Участок электронной микроскопии

Для электронно-микроскопических и рентгеноспектральных исследований различных образцов (анализ морфологии, микроструктуры, особенностей тонкого строения, фазовой неоднородности, дисперсности, качественный и количественный элементный анализ в микрообъемах) в отделе имеются сканирующие электронные микроскопы высокого разрешения JSM-6390 (JEOL Ltd.) и VEGA 3 LMH (TESCAN). Получение изображения с поверхности объекта производится при высоком вакууме в режиме вторичных и отраженных электронов.

Микроскопы оснащены энергодисперсионными спектрометрами JED-2300 и Oxfford Inca X-Act. Определяемые элементы от Be до Pu.

Участок пробоподготовки

Участок специальной подготовки предназначен для выполнения работ по первичной разделке, прецизионному изготовлению образцов и мелкоразмерных деталей из металлов и сплавов. Изготовленные на этом участке образцы после соответствующей доработки поверхностей используются в аналитических исследованиях и физических экспериментах по взаимодействию различных сред на материалы.

Проволочный электроэрозионный станок используется для вырезки мелкоразмерных образцов и деталей из всех известных токопроводящих металлов и сплавов вне зависимости от их температуры плавления и твердости.

Вырезка образцов из металлических и неметаллических заготовок средней твердости и различной формы осуществляется при помощи ленточнопильного станка JET 351V.

Для прецизионного изготовления образцов сложных форм и мелкоразмерных деталей из металлических и неметаллических заготовок применяются минифрезерные станки с ЧПУ.

Подготовка поверхности металлографических шлифов выполняется на горизонтальных, шлифовально-полировальных станках NERIS, LaboPol-25 (фирмы Struers), а также автоматических шлифовально-полировальных станциях DualPrep 3РН (ALLIED High Tech Products, Inc.) и FORCIPOL (METKON) оснащенных держателями образцов.

Для металлографических исследований зачастую необходимо выполнить электролитическую полировку и травление исследуемых образцов. Для этих целей имеются участки электролитической полировки и травления.

Участок фазового и элементного анализа

Для проведения рентгеновского фазового анализа используется дифрактометр Empyrean производства компании Panalytical. Отличительной особенностью данного прибора является детектор, изготовленный по технологии Pixcell, обладающий высокой скоростью счета, широким динамическим диапазоном и линейностью.

Дифрактометр способен выполнять следующие задачи рентгеновской дифрактометрии:

— классический фазовый анализ с высочайшей скоростью и точностью детектирования;

— определение, уточнение параметров элементарной ячейки;

— анализ текстуры, построение полюсных фигур;

— определение напряжений и размера кристаллитов;

— анализ эпитаксиальных пленок, высокоупорядоченных структур, анализ кривых качания, построение карт обратного пространства, оценка совершенства структур;

— анализ наноразмерных порошков и материалов.

Для определения элементного состава образцов различных материалов используется волно-дисперсионный рентгено-флуоресцентный (ВДРФ) спектрометр Supermini 200 производства компании Rigaku.

Supermini200 – высокомощный настольный ВДРФ спектрометр последовательного действия, позволяющий проводить анализ элементов от фтора (F) до урана (U) практически любых материалов (твердые тела, порошкообразные материалы, сплавы и тонкие пленки).

Основные направления исследований:

— подготовка материалов к исследованиям, начиная с резки образцов до получения металлографического шлифа и др.;

— анализ морфологии, микроструктуры, особенностей тонкого строения, фазовой неоднородности, дисперсности, качественный и количественный элементный анализ в микрообъемах;

— изучение микроструктуры исследуемых образцов;

— исследование теплофизических свойств материалов с теплопроводностью в диапазоне от 2 до 20 Вт×м^-1×К^-1, в диапазоне температур от 20 до 800 °С;

— определение элементного состава образцов различных материалов;

— проведение классического фазового анализа с высочайшей скоростью и точностью детектирования, определение и уточнение параметров элементарной ячейки.

 

КОМПЛЕКС ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ МЕХАНИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ

В состав комплекса входят универсальные испытательные машины Instron 5966, Tinius Olsen 50ST и автоматические твердомеры Qness Q60M и Q10A+.

Основные направления исследований:

— определение прочностных и пластических характеристик материалов при статических испытаниях различных материалов на растяжение, сжатие и изгиб согласно стандартам ГОСТ, ISO, ASTM и др.;

— измерение деформации в процессе механических испытаний контактными и бесконтактными методами измерения;

— определение микротвердости и макротвердости различных материалов и его отдельных структурных составляющих по шкалам Виккерса и Бринелля;

— определение глубины упрочненного слоя (CHD, Nht, NCD) по зарубежным стандартам.

 

КОМПЛЕКС ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ТЕРМИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ

В состав комплекса входят муфельные лабораторные печи СНОЛ 8,2/1100 и экспериментальные установки «КОРИНА».

Установка «КОРИНА» позволяет проводить механические испытания на одноосное растяжение и длительные изотермические испытания микрообразцов из облученных и необлученных конструкционных реакторных материалов при постоянной нагрузке в интервале температур от 200 до 600 °С.

Основные направления исследований:

— термообработка различных материалов и изделий при температуре от 50 до 1100°С;

— проведение термических испытаний как в воздухе, так и в инертной газовой среде с использованием газовакуумного поста, подключенного к электропечам;

— коррозионное испытание конструкционных материалов под напряжением или при постоянной скорости деформации;

— статическое и длительное испытания конструкционных материалов для определения прочностных и пластических характеристик.

 

УЧАСТОК ТЕРМОГРАВИМЕТРИЧЕСКОГО АНАЛИЗА И ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНО СКАНИРУЮЩЕЙ КАЛОРИМЕТРИИ (ТГА/ДСК)

Реализацию термогравиметрического анализа и дифференциальной сканирующей калориметрии позволяет осуществить экспериментальная установка ТиГрА, созданная на базе комплекса термогравиметрического анализа TGA/DSC3+ (Mettler Toledo).

Термогравиметрический анализатор TGA/DSC3+ представляет собой прибор для изучения свойств материала на основе измерения массы и теплового потока в зависимости от температуры и времени. Прибор снабжен высокотемпературной герметичной печью горизонтальной конструкции для обеспечения ламинарного потока газа продувки и снижения влияния потоков газа на измерение массы и теплового потока.

Технические характеристики:

Возможность вакуумирования печи (до 10 мбар) или продувки различными реакционными газами (инертными, окислительными и восстановительными)

Температурный диапазон………………………………………. от комнатной до 1600 °C

Скорость нагрева……………………………………………………. от 0,02 до 200 °C/мин с шагом 0,01 °C/мин

Точность измерения температуры…………………………. ±0,3 °C

Предел измерения весов……………………………………….. до 5 г с дискретностью 0,1 мкг и внутренней калибровкой двумя встроенными гирями

Объем тигля…………………………………………………………….. от 20 до 900 мкл

Для непрерывного анализа компонентов газовой среды во время экспериментов установка ТиГрА оснащена масс-спектрометрической системой ThermoStar:

Диапазон определяемых масс………………………………. от 1 до 300 а.е.м;

Минимально определяемая концентрация………….. до 1 ppm

Основные направления исследований:

Исследование взаимодействия газовых и парогазовых смесей с материалами ЯР и ТЯР.