Electron beam transport and energy deposition in heterogeneous assemblies of the hastelloy samples embedded into the molten fluorides mix

Abstract

By means of the Monte Carlo computer modeling technique the depth dependencies of energy deposition and concentration of radiation induced point defects have been calculated in heterogeneous assemblies of Hastelloy plates embedded into the melt of fluoride salts and irradiated by 8–10 MeV electron beams. For assemblies of various designs the beam penetration depth dependencies of energy spectra, angular distributions and energy fluxes of electrons and secondary gamma quanta had been studied in great details. As a result of these investigations the optimization of the target assembly design for the imitating experiment at the LUE-10 linac has been accomplished. It has been shown that for the optimized target ampoule design at the experimental conditions (700 hrs long 10 MeV electron irradiation) different surfaces of the Hastelloy plates contacting with molten fluorides are characterized by substantially different values of specific energy deposition (from ~5 keV/atom down to ~60 eV/atom) arising from inelastic ionization energy losses of primary and secondary charged particles. The concentration of point defects produced in elastic collisions of charged particles with target atoms decreases by ~500 times along the assembly thickness. Therefore the single imitating experiment opens up the possibility to study the radiation and corrosion stability of Hastelloy irradiated in the molten fluorides medium in a wide range of doses of electron beam energy deposition and radiation damage of alloy.

Шляхом математичного моделювання методом Монте-Карло розраховані профілі енерговиділення та концентрацій точкових дефектів, що утворюються в гетерогенних збірках тонких платівок сплаву хастелой, занурених у розплав фторидних солей, під опроміненням пучками електронів с енергіями 8…10 МеВ. Детально досліджена еволюція енергетичних спектрів, кутових розподілів та густин потоку енергії електронів та вторинних гамма-квантів з глибиною проникнення пучка у збірки різних конструкцій. На цій основі виконана оптимізація конструкції збірки-мішені для імітаційного експерименту на електроннім прискорювачі ЛПЕ-10. Показано, що для оптимізованої конструкції ампули мішені за умов експерименту (700-годинне опромінювання електронами з енергією 10 МеВ) на різних поверхнях платівок хастелою, що контактують з розплавом, досягаються суттєво різні значення питомого енерговиділення (від ~5 кеВ/атом до ~60 еВ/атом), пов’язаного з непружними іонізаційними втратами енергії первинних та вторинних заряджених частинок. Концентрації точкових дефектів, що утворюються у пружних зіткненнях заряджених частинок з атомами, на товщині збірки спадають приблизно у 500 разів. Таким чином, єдиний імітаційний експеримент відкриває можливість дослідити радіаційну та корозійну стійкість хастелою, опроміненого у середовищі розплавлених фторидів, в широкому інтервалі доз енерговиділення електронного пучка та радіаційного пошкодження сплаву.

Путем математического моделирования методом Монте-Карло рассчитаны профили энерговыделения и концентраций образуемых точечных дефектов в гетерогенных сборках тонких пластинок сплава хастеллой, погруженных в расплав фторидных солей, под облучением пучками электронов с энергиями 8…10 МэВ. Детально исследована эволюция энергетических спектров, угловых распределений и плотностей потока энергии электронов и вторичных гамма-квантов по глубине проникновения пучка в сборки различных конструкций. На этой основе выполнена оптимизация конструкции сборки-мишени для имитационного эксперимента на электронном ускорителе ЛУЭ-10. Показано, что для оптимизированной конструкции ампулы мишени в условиях эксперимента (700-часовое облучение электронами с энергией 10 МэВ) на различных поверхностях пластинок хастеллоя, контактирующих с расплавом, достигаются существенно различные значения удельного энерговыделения (от ~5 кэВ/атом до ~60 эВ/атом), связанного с неупругими ионизационными потерями энергии первичных и вторичных заряженных частиц. Концентрации точечных дефектов, образуемых в упругих столкновениях заряженных частиц с атомами, на толщине сборки спадают приблизительно в 500 раз. Таким образом, единственный имитационный эксперимент открывает возможность исследовать радиационную и коррозионную стойкость хастеллоя, облученного в среде расплавленных фторидов, в широком интервале доз энерговыделения электронного пучка и радиационного повреждения сплава.