Variation of comsitional content in subsurface layers of Hastelloy type alloys as caused by melt of fluorides ZrF₄– NaF and electron irradiation

The secondary-ion mass-spectrometry technique was employed to study the compositional content variation in subsurface layers of alloys of Hastelloy type that had been irradiated with electron beam with the average energy 9.6 MeV in the melt of sodium and zirconium fluoride salts at the temperature 650°С for 700 hours.Методом вторинно-іонної мас-спектрометрії досліджено зміну композиційного складу в приповерхневих шарах зразків сплавів типу Хастелой, опромінених пучком електронів з середньою енергією 9,6 МеВ в розплаві солей фторидів натрію і цирконію при температурі 650°С протягом 700 г.Методом вторично-ионной масс-спектрометрии исследовано изменение композиционного состава в приповерхностных слоях образцах сплавов типа Хастеллой, облученных пучком электронов со средней энергией 9,6 МэВ в расплаве солей фторидов натрия и циркония при температуре 650°С в течение 700 ч

The electron accelerator for technological purposes with a secondary-emission electron source as the basis

Results are reported from the studies on the electron beam parameters of the accelerator based on a secondary emission source. The accelerator forms the electron beam with an electron energy of up to 100 keV, a current up to 110 A, a pulse duration between 10 and 20 μs with a repetition rate of 3 to 5 Hz, the power density on the target surface being ~ 2 MW/cm². Targets from various materials were exposed to radiation.Приведені результати дослідження параметрів електронного пучка прискорювача на основі вторинно-еміссійного джерела. Прискорювач формує електронний пучок з енергіею електронів до 100 кеВ, струмом до 110 A, тривалисттю імпульса 10…20 мкс с частотою слідування 3…5 Гц, щільністю потужності на мішені 2 МВт/см². Проведено опромінення мішеней з різних матеріалів.Приведены результаты исследования параметров электронного пучка ускорителя на основе вторично-эмиссионного источника. Ускоритель формирует электронный пучок с энергией электронов до 100 кэВ, длительностью импульса 10…20 мкс с частотой следования 3…5 Гц и плотностью мощности на мишени 2 МВт/см². Проведено облучение мишеней из различных материалов

Corrosion processes in zirconium fluoride-sodium fluoride melts.Study of shortcut cell C/(ZrF₄ – NaF)EUT/Hastelloy

Time dependencies for the parameters (current, voltage, inner resistance) of shortcut galvanic cell Hastelloy-carbon material have been studied in NaF-ZrF₄ eutectic melt at 600…650°C. Analysis of these data, together with the data on polarization of separate electrodes at open circuit conditions, showed that shortcut current is related to the rate of corrosion of the alloy contacted with carbon, if Zr metal is absent in the system. In presence of Zr, the current corresponds to the rate of zirconium reaction with the melt (related to unit surface of the Hastelloy electrode), and can be used for studies of dissolution kinetics of Zr metal in the melt. It was found that contact of the alloy with carbon material results in the increase of corrosion rate both in pure eutectics and with the additives of LaF₃. Presence of Zr metal suppresses the corrosion process.Вивчена зміна в часі параметрів (струм, напруга, внутрішній опір) короткозамкненого гальванічного елемента хастелой/вуглецевий матеріал в евтектичному розплаві NaF-ZrF₄ при 600-650°C. Аналіз цих даних в сукупності з даними поляризаційних вимірювань на окремих електродах при розімкненому колі показав, що струм короткого замикання відповідає швидкості корозії сплаву в контакті з вуглецем при умові, якщо металічний Zr в системі відсутній. В присутності Zr цей струм визначається швидкістю взаємодії цирконію з розплавом (віднесеної до одиниці поверхні хастелою), що може бути використано для дослідження кінетики розчинення цирконію в розплаві. Встановлено, що контакт сплаву з вуглецем посилює корозію як в чисто евтектичному розплаві, так і з добавленням LaF₃. Присутність металічного Zr пригнічує корозійний процес.Исследована временная зависимость параметров (ток, напряжение, внутреннее сопротивление) короткозамкнутого гальванического элемента хастеллой/углеродный материал в эвтектическом расплаве NaF-ZrF₄ при 600-650°C. Анализ этих данных, в совокупности с данными поляризационных измерений на отдельных электродах при разомкнутой цепи, показал, что ток короткого замыкания соответствует скорости коррозии сплава в контакте с углеродом при условии, если металлический Zr в системе отсутствует. В присутствии же Zr этот ток определяется скоростью взаимодействия циркония с расплавом (отнесенной к единице поверхности хастеллоя), что может быть использовано для исследования кинетики растворения циркония в расплаве. Установлено, что контакт сплава с углеродом усиливает коррозию как в чисто эвтектическом расплаве, так и с добавками LaF₃. Присутствие же металлического Zr подавляет коррозионный процесс

Nuclide control of structural materials tested in electron irradiation test facility

Samples of different alloys (Hastelloy type) held in the container assembly (CA) were irradiated at the Electron Irradiation Test Facility (EITF) in the melt of zirconium and sodium fluorides at the temperature 650оС. The CA consisted of 16 individual containers made of a carbon-carbon (C-C) composite material (placed under covering shell made of stainless steel). The irradiation was done with electron beam at the energy in the spectrum maximum = 9.6 MeV at Linac-10 high-current accelerator that belongs to “Accelerator R&D Complex” affiliated with NSC KIPT. In order to secure the radiation-safe levels of the activity in further work with the samples, the focus of attention was paid to the analysis of γ-spectra in the remnant activities of the materials under study: Hastelloy type samples and fluoride salts after the irradiation. The dynamics was studied of decreasing of the activity levels of EITF components, sample assemblies in the containers being full with fluoride salts and individual samples. Recommendations are issued and measures taken to provide for further radiation-safe work with the irradiated materials.На стенді для радіаційних випробувань проведено опромінення електронами збірки зразків різних сплавів (типу хастелой) в розплаві фторидів цирконію та натрию при температурі 650'С. Збірку складено з 16 окремих контейнерів з вуглець-вуглецевого композиту (в загальній захистній оболонці з нержавіючої сталі). Опромінення проведено пучком електронів з енергією в максимумі спектра близько 9,6 МеВ на сильносрумовому лінійному прискорювачі електронів ЛП-10 НДК «Прискорювач» ННЦ ХФТІ. Для вибору безпечних рівней активності при подальших роботах з зразками особиву увагу приділено аналізу γ-спектрів залишкової активності досліджуваних материалів – зразків сплаву типу хастелой та фторидних солей після опромінення. Досліджено динаміку спаду рівней активності елементів стенду, збірки зразків в контейнерах, які заповнені фторидними солями, та окремих зразків. Дано рекомендації та вжито заходи, що гарантують безпеку при подальших дослідженнях опромінених матеріалів.На стенде для радиационных испытаний проведено облучение сборки образцов различных сплавов (типа хастеллой) в расплаве фторидов циркония и натрия при температуре 650'С, помещенных в 16 отдельных контейнеров из углерод- углеродного композита (в общем защитном кожухе из нержавеющей стали). Облучение проведено пучком электронов с энергией в максимуме спектра = 9,6 МэВ на сильноточном линейном ускорителе электронов ЛУ-10 НИК "Ускоритель" ННЦ ХФТИ. С целью обеспечения безопасных уровней активности при дальнейшей работе с образцами особое внимание уделено анализу характеристик остаточной активности исследуемых материалов – образцов сплава типа хастеллой и фторидных солей после облучения. Измерены уровни активности элементов стенда, сборки образцов в контейнерах, заполненных фторидными солями, и отдельных образцов. Даны рекомендации и приняты меры, обеспечивающие безопасность работы с облученными материалами

Purification of vanadium by electron-beam melting

In this paper we are reported about theoretical calculation and experimental investigation of Vanadium purification by electron-beam melting. This method has demonstrated high efficiency of Vanadium purification from interstitial impurities and majority of metallic impurities, including Potassium. The Vanadium metal with purity of 99.7 wt.% have been obtained. The thermal desorption from Vanadium metal samples “before” and “after” electronbeam melting has been studied. The purified in such way Vanadium have satisfied all the requirements of low background experiment for search of rare decay of 50V, especially concerning of Potassium contamination.Проведены расчетные и экспериментальные исследования процесса рафинирования ванадия методом электронно-лучевой плавки. Показано, что электронно-лучевая плавка является эффективным методом рафинирования ванадия от примесей внедрения и большинства металлических примесей, в том числе от калия. Получены образцы ванадия с чистотой 99,7 мас.%. Исследована термодесорбция из образцов ванадия до и после электронно-лучевого переплава. Приведены результаты микроструктурных исследований и измерения твёрдости. Установлено, что полученный ванадий удовлетворяет всем необходимым условиям, в первую очередь по содержанию примеси калия, для проведения исследований поиска 2β-распадов на ядрах изотопов ванадия, а также для применения в качестве компонента перспективных, малоактивируемых сплавов.Проведені розрахункові та експериментальні дослідження процесу рафінування ванадію методом електронно-променевої плавки. Показано, що електронно-променева плавка є ефективним методом рафінування ванадію від домішок проникнення і більшості металевих домішок, у тому числі від калію. Отримано зразки ванадію чистотою 99,7 мас.%. Досліджено термодесорбцію із зразків ванадію до і після електронно-променевого переплаву. Наведено результати мікроструктурних досліджень і вимірювання твердості. Встановлено, що отриманий ванадій задовольняє всім необхідним умовам, в першу чергу за вмістом домішки калію, для проведення досліджень пошуку 2β-розпадів на ядрах ізотопів ванадію, а також для застосування в якості компонента перспективних малоактивованих сплавів

Corrosion of irradiated Ni-Mo alloys in sodium fluoride - zirconium melt

The corrosion of nickel-molybdenum alloys and their constituents in a molten eutectic sodium fluoride-zirconium fluoride mixture has been studied by cyclic voltammetry, X-ray analysis, SEM and metallography. The dependence of the corrosion rate of nickel-molybdenum alloys in molten fluorides on the time of soaking in melt and irradiation with an electron beam on an electron accelerator has been investigated. It has been shown that increasing the time of contact of nickel-molybdenum alloys with fluoride melt decreases the corrosion current density, and irradiation increases it in the greater extent the higher the electron beam energy. Intercrystalline corrosion is typical of the alloys of this composition.Методами циклічної вольтамперометрії, рентгенофазового, мікроскопічного аналізів, а також металографії досліджена корозія нікель-молібденових сплавів та компонентів, які входять до їхнього складу, в розплавленій евтектичній суміші фторидів натрію та цирконію. Досліджена залежність швидкості корозії зазначених сплавів від тривалості витримки в розплаві та опромінення пучком електронів на електронному прискорювачі. Показано, що збільшення тривалості контакту нікель-молібденових сплавів з фторидним розплавом зменшує густину струму корозії, а опромінення – збільшує її в тим більшій мірі, чим більша енергія електронного пучка. Для сплавів даного складу характерна міжкристалітна корозія.Методами циклической вольтамперометрии, рентгенофазового, микроскопического анализов, а также металлографии изучена коррозия никель-молибденовых сплавов и составляющих компонентов в расплавленной эвтектической смеси фторидов натрия и циркония. Исследована зависимость скорости коррозии никель-молибденовых сплавов в расплавленных фторидах от времени выдержки в расплаве и облучения пучком электронов на электронном ускорителе. Показано, что увеличение времени контакта никель-молибденовых сплавов с фторидным расплавом уменьшает плотность тока коррозии, а облучение – увеличивает ее в тем большей мере, чем больше энергия электронного пучка. Для сплавов данного состава характерна межкристаллитная коррозия

Alloys for molten-salt reactors

Results are reported from studies on the selection, development and manufacture of structural materials for a fuel-salt circulation loop of molten-salt reactors. Studies into the properties of materials obtained were performed. The analysis of the main physical properties has suggested the nickel-based alloy with the optimum composition. The basic initial components of the alloy were refined by physical methods. The influence of deformation and thermal treatment on structural and mechanical properties of melted alloys was investigated. The present results give grounds to advise the alloys under discussion as materials for the fuel loop of molten-salt reactors.Приведено результати досліджень по вибору, розробці та виготовленню конструкційних матеріалів для контуру циркуляції паливної солі рідинно-сольових реакторів і дослідження властивостей, отриманого матеріалу. Аналіз основних фізичних властивостей надав перевагу сплавам на основі нікелю. Вибрано оптимальний склад сплаву. Проведено рафінування фізичними методами основних вихідних компонентів сплаву. Вивчено вплив деформації та термомеханічної обробки на структурні та механічні властивості отриманих матеріалів. Отримані результати дозволяють рекомендувати ці сплави в якості матеріалів для паливного контуру рідинно-сольових реакторів.Приведены результаты исследований по выбору, разработке и изготовлению конструкционных материалов для контура циркуляции топливной соли жидко-солевых реакторов и исследованию свойств, полученного материала. Анализ основных физических свойств позволил выбрать сплав на основе никеля с оптимальным составом. Проведено рафинирование физическими методами основных исходных компонентов сплава. Изучено влияние деформации и термической обработки на структурные и механические свойства полученных материалов. Полученные результаты позволяют рекомендовать эти сплавы в качестве материалов для топливного контура жидко-солевых реакторов

The effects of electron irradiation and fluoride salt melt ZrF₄ – NaF on mechanical properties of Hastelloy N type alloys

NSC KIPT has cast Hastelloy N type alloys that are to be used in molten-salt reactors (MSR). A study was made on the collective effects of exposure to electron irradiation and melt of sodium and zirconium fluorides at the temperature 650°С for 700 hours on mechanical properties of those alloys.В ННЦ ХФТІ виплавлені сплави типу Хастелой Н, які призначені для роботи в рідинно-сольових реакторах. Досліджувалася сумісна дія опромінення електронами і розплаву фторидів натрію і цирконію при температурі 650°С протягом 700 г на механічні властивості зразків із сплавів типу Хастелой Н.В ННЦ ХФТИ выплавлены сплавы типа Хастеллой Н, которые предназначены для работы в жидкосолевых реакторах. Исследовалось совместное воздействие облучения электронами и расплава фторидов натрия и циркония при температуре 650°С в течение 700 ч на механические свойства образцов из сплавов типа Хастеллой Н

The corrosion resistance of heatproof nickel alloy in molten fluoride salts

Studies have been made into corrosion and mechanical properties of high-nickel alloys prepared at NSC KIPT on the basis of high-purity metal components. Corrosion tests of the Hastelloy-type alloy in fluoride melts at 650°C revealed formation of no films in the process of corrosion during 700 hours. The corrosion of the alloy under study in molten fluorides is characterized by a weak interaction of melt components with the alloy, by penetration of Zr and Na atoms into the alloy at a depth of 3 to 5 μm over 700 hours, by the absence of oxide films on the surface. The chromium content in the near-surface layer of the alloy decreases to a depth of 10 μm. Corrosion tests cause no essential changes in the mechanical properties of the alloy.Досліджувалися корозійні і механічні властивості зразків високонікелевих сплавів, які були виготовлені в ННЦ ХФТІ на основі високочистих металевих компонентів. В результаті корозійних випробувань сплаву типу Хастелой в розплаві фторидів при температурі 650°С не знайдено утворення яких-небудь плівок в процесі корозії протягом 700 г. Процес корозії цього сплаву в розплавах фторидів характеризується слабкою взаємодією компонентів суміші із сплавом, проникненням атомів Zr і Na в сплав на глибину до 3...5 мкм за час 700 г, відсутністю оксидних плівок на поверхні. Відбувається зменшення концентрації хрому в при поверхневому шарі сплаву на глибину до 10 мкм. Корозійні випробування не призводять до значної зміни механічних властивостей сплаву.Исследовались коррозионные и механические свойства образцов высоконикелевых сплавов, которые были изготовлены в ННЦ ХФТИ на основе высокочистых металлических компонентов. В результате коррозионных испытаний сплава типа Хастеллой в расплаве фторидов при температуре 650°С не обнаружено образования каких-либо плёнок в процессе коррозии в течение 700 ч. Процесс коррозии этого сплава в расплавах фторидов характеризуется слабым взаимодействием компонентов смеси со сплавом, проникновением атомов Zr и Na в сплав на глубину до 3…5 мкм за время 700 ч, отсутствием оксидных плёнок на поверхности. Происходит уменьшение концентрации хрома в приповерхностном слое сплава на глубину до 10 мкм. Коррозионные испытания не приводят к значительному изменению механических свойств сплава

Structure and substructure variations of icosahedral Ti₄₁.₅Zr₄₁.₅Ni₁₇ quasicrystals under irradiation imitating outer space factors

The article presents the results of studying the changes of coherent length, micro-strain value, density of phason defects and residual macro-stresses in Ti₄₁.₅Zr₄₁.₅Ni₁₇ icosahedral quasi-crystalline ribbons after irradiation by VUV (hν = 10.2 eV, duration up to 40 h), electron and proton fluxes (hν = 100 KeV with doses D up to 13·10¹⁶ cm⁻²), X-ray bremsstrallung (hν = 1 MeV with doses D up to 10000 rad). It is shown that the scale of the substructure changes, defect density, their type and parameters depend on the perfection degree of the original structure and impact energy power