The application of PIXE and PIGE for the studying of impurities distribution in space near the seam at welding products out of the Zr1%Nb alloy

Abstract

In this work the nuclear-physics methods of analysis of the content of a matter based on the using of proton induced characteristic X-ray emission of the atoms and momentum γ-ray emission from nuclear reaction was applied to determine the gaseous impurities N, O, F and elements B, Ca, Ti, V, Cr, Fe, Ni, Cu, Nb, Mo, Cd, Sn, Hf, Pb, in zirconium alloys and to research the absorption of oxygen, nitrogen and fluorine by a matter of tubes made from alloy Zr1%Nb during the procedures of the fabricating of models of fuel assembly. There are a number of the factors, which affect negatively on material of shells and fuel assembly as hole at a technological process of manufacture fuel assembly for nuclear reactor VVER-1000. Such factors are the interstitial impurities (oxygen, nitrogen), hitting in metal during operations of hyper thermal processing, in particular, at welding details of fuel assembly. The gaseous impurities of atmosphere of the weld – nitrogen and oxygen inserted in a welding seam can degrade rust resistance of a seam and slash a plasticity of a material. A surface of manufactured fuel assembly or samples for researches can to be polluted by fluorine from pickling compositions at the stage of a chemical polish by an etching in fluorine inclusive solutions. Fluorine, as is known, is a fissile element lowering rust resistance and of details of ends of fuel assembly.

Ядерно-фізичні методи аналізу складу речовини використані для визначення елементного складу виробів із цирконієвих матеріалів з включенням газових домішок C, N, O, F і елементів B, Ca, Ti, V, Cr, Fe, Ni, Cu, Nb, Mo, Cd, Sn, Hf, Pb, а також дослідження поглинання матеріалом трубок із сплаву Zr1%Nb кисню азоту і фтору при операціях по виготовленню моделей твелів. В технологічному процесі виготовлення твелів ВВЕР-1000 присутні фактори, вплив яких на матеріал оболонки і на твели в цілому можуть мати негативні наслідки. Такими факторами є домішки укорінення, що потрапляють в метал в наслідок високотемпературних обробок, зокрема при зварюванні деталей твелів. Укоріненні в зварний шов газові складові атмосфери зварки азот і кисень можуть погіршити корозійну стійкість шву і знизити пластичність матеріалу. На стадії хімічної поліровки поверхні твелів в розчинах, що вміщують фтор, можуть бути забруднення фтором, що також може знизити корозійну стійкість оболонок і кінцевих деталей твелів.

Ядерно-физические методы анализа состава вещества применены для определения элементного состава изделий из циркониевых материалов, включая газообразующие примеси C, N, O, F, элементы B, Ca, Ti, V, Cr, Fe, Ni, Cu, Nb, Mo, Cd, Sn, Hf, Pb, и исследования поглощения материалом трубок из сплава Zr1%Nb кислорода, азота и фтора во время операций по изготовлению моделей твэлов. В технологическом процессе изготовления твэлов ВВЭР-1000 присутствует ряд факторов, воздействие которых на материал оболочки и на твэлы в целом может иметь негативные последствия. Такими факторами являются примеси внедрения (кислород, азот), попадающие в металл во время операций высокотемпературных обработок, в частности при сварке деталей твэлов. Внедренные в сварной шов газовые составляющие атмосферы сварки азот и кислород могут ухудшать коррозионную стойкость шва и снижать пластичность материала. На стадии химической полировки поверхности изготовленных твэлов или образцов для исследований путем травления в фторсодержащих растворах поверхность может загрязняться фтором из травильных составов. Фтор, как известно, является активным элементом, снижающим коррозионную стойкость оболочек и концевых деталей тепловыделяющих элементов.