SANS-Untersuchungen zur Charakterisierung von Strahlendefekten in RDB-Stählen nach Bestrahlung, Ausheilung und Wiederbestrahlung

Bekanntlich bewirkt das Strahlungsfeld schneller Neutronen in der Umgebung des Reaktorkerns eine Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften des Druckbehälters. Zur Vertiefung des Verständnisses und zur quantitativen Beschreibung der Zusammenhänge zwi-schen Gefüge, mechanischen Eigenschaften und Strahlenbelastung wurden an Reaktor-druck-behälter-(RDB)-Stählen Strukturuntersuchungen mit Neutronen-Kleinwinkelstreuung (SANS) durchgeführt. Dazu wurden Proben aus verschiedenen Chargen von west- und ost-europäischen RDB-Stählen verwendet, die im Rahmen des Bestrahlungsprogramms am ehemaligen Proto-typ-Reaktor WWER-2 in Rheinsberg oder der Versprödungsüberwachungsprogramme laufender WWER-Reaktoren (u. a. in Loviisa, Finnland) bestrahlt worden sind.
Die bestrahlungsbedingten Strukturveränderungen sind abhängig vom Stahltyp. Charakteristische Parameter der Strahlendefekte, wie Anzahldichte, Größenverteilung und Volumen-gehalt wurden bestimmt und mögliche Defektzusammensetzungen abgeschätzt. Es zeigte sich, dass mit zunehmender Strahlenbelastung für einen bestimmten Stahltyp der Gehalt an Defekten nicht proportional ansteigt, wobei die Größenverteilung nahezu unverändert bleibt. Defektradien bis 3 nm treten auf. Das Maximum der Größenverteilung liegt bei 1 nm. Zudem kann sich mit der Bestrahlungszeit auch die mittlere Zusammen-setzung der Punktdefekt-agglomerate aus Leer-stellen und Fremdatomen ändern. Kupferverunreinigungen im Stahl beeinflussen die Clusterbildung am stärksten. Reine Kupfer-ausschei-dungen wurden nicht beobachtet.
Eine Wärmebehandlung über 400 °C reduziert den Anteil an Defekten, aber stabilisiert kupferreiche Cluster.
Erstmals wurden SANS-Untersuchungen an nach einer Ausheilwärmebehandlung (475 °C / 100 h) wiederbestrahltem RDB-Stahl durchgeführt. Die Defekterzeugung war im zweiten Bestrahlungszyklus wesentlich geringer. Auch die Zusammensetzung der neuen Strahlendefekte wich von der des ersten Bestrahlungszustandes ab.