Effect of the Temperature Change of Material Test Reactor on Calibration of Cluster Dynamics for Neutron Irradiation Pure Iron

Abstract

Моделювання кластерної динаміки (КД) використовується для вивчення впливу зміни температури T корпусу реактора на еволюцію кластерів вакансій (ВК) та кластерів міжвузельних атомів (КМА) в чистому залізі при нейтронному опроміненні у науково-дослідному реакторі BR-2 (Moл, Бельгія). Під час роботи реактору BR-2 T збільшується від 300 K до 573 K в перші 19 годин, не змінюється у наступні 370 годин і зменшується до 373 K за останні 7 годин експлуатації. Часова еволюція концентрацій поодиноких вакансій, C1v, поодиноких міжвузельних атомів, C1i, ВК, Cnv та КМА, Cni, у чистому залізі при опроміненні нейтронами у науково-дослідному реакторі BR-2 для потоку нейтронів 1.39 x 10 – 7 dpa/s у діапазоні флюенсів від 0.026 до 0.19 dpa визначаються шляхом моделювання КД для підходу щодо незмінної T, а також з урахуванням зміни T корпусу реактора. Потім розраховується дозова залежність чисельної щільності та середнього розміру КМА. Виконано нове калібрування моделі дефектної структури з порівнянням даних експериментальної просвічуючої електронної мікроскопії та результатів моделювання методом КД. Встановлено енергію міграції вакансії в залізі, яка забезпечує найкраще збіг експериментальних даних і результатів КД. Проаналізовано різницю між прогнозами КД щодо дозової залежності щільності чисел і середнього розміру КМА для моделі з постійною температурою та моделі з урахуванням зміни температури на початку і в кінці експлуатації науково-дослідного реактора БР-2.

Cluster dynamics (CD) simulation is used to study the effect of the temperature T change of reactor pressure vessel (RPV) on the evolution of vacancy clusters (VC) and self-interstitial atom clusters (SIAC) in neutron irradiation pure iron in material test reactor (MTR) BR-2 (Mol, Belgium). During operation time of BR-2, T increases from 300 K to 573 K in the first 19 hours, does not change in the next 370 hours and decreases then to 373 K in the last 7 hours. The time evolution of concentrations of single vacancies, C1v, single self-interstitial atoms, C1i, of VC, Cnv, and SIAC, Cni, in pure iron under neutron irradiation in the MTR BR-2 for neutron flux of 1.39 x 10 – 7 dpa/s in the range fluence from 0.026 to 0.19 dpa are determined by CD simulation for approach on the constant T as well as with taking into account T change of RPV. Then the dose dependences of number density and mean size of SIAC are calculated. The new calibration of defect structure model has been performed from the comparison of experimental transmission electron microscopy (TEM) data and CD simulation results. It was found the migration energy of a vacancy in iron which provides the best coincidence of experimental data and CD results. The difference between predictions of CD model on dose dependences of the number density and mean size with the constant temperature and model with taking into account the change temperature at the beginning and at the end of operation time of MTR BR-2 has been analyzed.