加拿大pc28官网信誉平台 共享: 核电电缆团聚物材料的β辐照效应

团聚物材料肤浅诓骗于核电站中,如丁腈橡胶O型圈、硅橡胶中子屏蔽材料[1]、聚四氟乙烯密封件、聚醚醚酮阀座、环氧树脂涂料等。其中,核电电缆的绝缘层或护套层破钞的团聚物材料较多,包括乙丙橡胶（EPR）、乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）、交联聚乙烯（XLPE）、交联聚烯烃（XLPO）等。在核电站长达数10 a的运行时间,这些团聚物材料领受了多样严酷的环境锻真金不怕火,如温度、氧气、辐照、载荷、化学介质等。其中最畸形且影响最严重的身分是辐照,并由此对电缆团聚物材料的耐老化性能提倡了更高的要求。

在早期的核电电缆及格武断中,经常遴选γ射线行动辐照源,并已开展了无数的顾问职责,涵盖了辐照的积聚剂量效应、剂量率效应和辐照氧化能源学等方面[2-3]。跟着三代核电对安全性要求的进一步素质,事故工况下的β射线辐照效应冉冉引起越来越多的温雅。然则,由于稀缺的辐照开辟和腾贵的辐照用度,相干顾问较为有限。徐剑峰等[4]提倡以断后伸长率保留率为参照,通过不同剂量的γ射线产生和指定β射线剂量很是的材料挫伤,由此等效后合资进行γ辐照锻真金不怕火。相似地,李聪等[5]针对电缆EVA护套料开展了不同剂量的γ辐照锻真金不怕火,将剂量和相应的断后伸长率拟合获取数理关系,以此求得和指定β剂量等效的γ剂量。在以上顾问中,β辐照的剂量均为固定值,并未刻画电缆团聚物材料随β接收剂量发素性能退化的趋势。邹颖男等[6]则同期开展了不同累计剂量的两种射线辐照锻真金不怕火,得出了不同断后伸长率对应的γ和β射线的治愈比例,并指出最终治愈比例不错从治愈比例平均值、治愈比例最大值或最大β剂量对应治愈比例中,笔据本色需要中式。

以上顾问均聚焦于β辐照在电缆武断中的中枢工程问题,主要针对现在我国核电站指定的事故工况下β辐照总剂量进行等效治愈,并仅以对老化敏锐且变化轨则的断后伸长率为辐照效应的评估依据,这对于工程诓骗来讲是便捷和高效的。在此基础上,笔者对多种核电电缆团聚物材料开展了不同剂量率和接收剂量的β辐照锻真金不怕火,同期络续不同温度要求开展了热-辐照耦合老化顾问,并测试了材料老化前后的力学性能和电气性能。该顾问为深化相识β辐照下核电电缆团聚物材料的老化行动,优化电缆材料聘任,并机动大意多样电缆武断标准提供了弱点参考。

1. 锻真金不怕火材料与决策

中式诓骗于我国大型先进压水堆核电站的多种电缆团聚物材料,包括EVA护套料、EPR绝缘料和EPR护套料。锻真金不怕火用板材由不同分娩厂家提供,其组分及合成加工工艺与核电站本色诓骗的材料疏导,其中EVA板材厚度为2.0 mm,EPR绝缘料和EPR护套料的板材厚度为1.8 mm。按照GB/T 528—2009《硫化橡胶或热塑性橡胶 拉伸应力应变性能的测定》,从相应材料的板材上截取2型哑铃条试样和直径为80 mm的圆片试样,并在辐照后诀别按照GB/T 2951.11—2008《电缆和光缆绝缘和护套材料通用锻真金不怕火要领 第11部分：通用锻真金不怕火要领——厚度和外形尺寸测量——机械性能锻真金不怕火》和GB/T 31838.2—2019《固体绝缘材料 介电和电阻本性 第2部分：电阻本性（DC要领）体积电阻和体积电阻率》测试断后伸长率和体积电阻率,测试效果诀别取7个和3个平行试样的平均值。

β射线辐照锻真金不怕火遴选自研的电子加速器,并缔造不同的辐照老化要求,以顾问接收剂量、剂量率和辐照温度对材料老化的影响。在特制的温度锻真金不怕火安装中开展抵制温度的β辐照锻真金不怕火。

2. β辐照接收剂量效应

在室温下,以20 kGy/h的剂量率对3种材料进行辐照,接收剂量诀别缔造为0.5,1,2,4,5 MGy。断后伸长率以未辐照试样的运行断后伸长率为基准进行归一化管理,效果如图1所示。由图1可知：统共材料在履历0.5 MGy接收剂量的辐照后,其断后伸长率显赫减小,但跟着接收剂量的链接增大,下落幅度冉冉减小并趋于率性。尤其对于EPR绝缘材料和护套材料,在最高两个接收剂量下的断后伸长率减小进程已无赫然各别。EPR绝缘材料和护套材料在0.5 MGy的接收剂量辐照下,断后伸长率已减小跳跃50%,达到失效判断依据,而EVA和XLPO的断后伸长率减小相对较少,标明其耐辐照性能细致。补充了团队此前顾问的XLPO电缆附件专用料的数据,体积电阻率ρ随接收剂量的变化如图2所示。

图 1 不同材料断后伸长率随接收剂量的变化

图 2 不同材料体积电阻率随接收剂量的变化

按照基于γ辐照确立的指数模子进行拟合,获取断后伸长率随接收剂量的退化趋势,拟合方程[7]为

式中：A为断后伸长率；A∞为接收剂量趋于无尽大后的残余断后伸长率；a为辐照引起的最大断后伸长率耗费量；b为和性能退化速度相干的参数。

拟合效果表露,统共弧线的决定统共和调动决定统共均大于0.98,标明该模子相通适用于刻画核电电缆团聚物在β辐照下的性能退化。

由图2可知：3种材料的体积电阻率在辐照后合座呈下落趋势,但并非单调减小,而是有较大的波动。这可能源于团聚物中交联和断链机制的竞争[8],尽管两者均会导致团聚物断后伸长率减小,但在体积电阻率上产生了相背的效应。EPR绝缘材料的运行体积电阻率比两种护套材料大2~3个数目级,标明其具有较高的交联进程,以已毕电断气缘的功能。在运行接收剂量为0.5 MGy的辐照要求下,EPR绝缘材料的体积电阻率减小了近两个数目级,达到了IEC 60544-2《电断气缘材料 细则电离辐照对绝缘材料的影响 第2部分：辐照和锻真金不怕火要领》规矩的寿命绝顶（运行体积电阻率的10%）,这和笔据断后伸长率评估的效果一致。但链接辐照至1 MGy时,其体积电阻率大幅增大,此后才跟着接收剂量的增大脱手单调减小,这是由于辐照初期EPR绝缘材料中的抗氧化剂等小分子助剂无数蒸发,使团聚物的开脱体积增大,导致体积电阻率减小。随后辐照激勉的交联响应增大了团聚物的交联密度,导致体积电阻率增大；而跟着接收剂量的进一步增大,断链响应冉冉占据主导地位,最终导致体积电阻率执续减小。

3. β辐照剂量率效应

诀别在剂量率为10,20,30,50,70 kGy/h要求下对EPR护套材料进行辐照,总剂量为5 MGy。EPR护套材料性能随剂量率的变化如图3所示,其中0 kGy/h的数据来自于未辐照试样。由图3可知：在达到5 MGy的接收剂量后,试样的断后伸长率和体积电阻率ρ齐有不同进程的减小。这个效果是合适预期的,因为5 MGy照旧厉害常大的接收剂量,导致EPR分子结构发生严重破碎。

图 3 EPR护套材料性能随剂量率的变化

不同剂量率激勉的断后伸长率减小进程并无显赫各别,这是由于辐照引起的不同响应均会导致断后伸长率耗费。然则,不同剂量率下试样的体积电阻率却有赫然区别,这标明剂量率对EPR的降解机制有一定影响。绝顶需要夺想法是,在所顾问的剂量率要求中,20 kGy/h的β辐照导致最低的断后伸长率保留率（约1%）和最高的体积电阻率（约2.63×1014 Ω·cm）。洽商到EPR护套材料的主邀功能是提供机械保护和环境进击,断后伸长率应是枢纽评估设想,这标明在剂量率为20 kGy/h时,EPR的老化降解最为严重。

4. β辐照温度效应

诀别在25,50,80 ℃下对EPR护套材料进行辐照,接收剂量为2 MGy,剂量率为20 kGy/h。试样辐照后归一化断后伸长率和体积电阻率随辐照温度的变化如图4所示,其中0 ℃对应的数据来自未辐照试样。由图4可知：跟着辐照温度的升高,试样的断后伸长率和体积电阻率均增大,这和辐照-热耦合会加重老化的不雅点产生了矛盾。经由25 ℃辐照后,EPR护套材料的断后伸长率仅剩余运行值的6%傍边,而在更高温度的辐照要求下,断后伸长率保留了20%以上,何况体积电阻率高于未辐照试样。

图 4 EPR护套材料性能随辐照温度的变化

有顾问[9-10]标明,高温会促进氧气扩散,加速降解响应速度,使材料合座降解得愈加均匀,从而加重材料性能的退化。然则该例中,高温下试样的断后伸长率反而更大,这似乎是分歧常理的。事实上,该例中的累计接收剂量达到了2 MGy,远超经常探讨辐照温度效当令的数百kGy的剂量上限。在室温下领受高剂量的辐照后,EPR材料碰到了严重的辐照挫伤,结构相称疏松,交联进程过低,导致其拉伸时枯竭结构支执,容易产生局部应力集结。由图4可知：相应考样的断后伸长率仅剩余运行值的6%傍边,此时的EPR材料呈现出“软而脆”的性能特色,而高温增强了链段的行径性,使得辐照产生的开脱基或断链大致更有用地重组或交联。这种交联使得材料的内聚强度增大,在一定界限内改善了EPR的力学性能。建议今后中式不同的接收剂量,以进一步探究更广剂量界限内的辐照温度效应。

5. 结语

现在,针对核电电缆团聚物材料的辐护士问主要集结在γ辐照方面,对于不同要求的β辐照所引起的老化效应还需深化顾问。设想了不同的辐照老化要求,包括不同接收剂量、剂量率、辐照温度等,并在辐照后对电缆团聚物材料的断后伸长率和体积电阻率进行了表征,以顾问材料力学性能和电气性能在β辐照下的退化轨则。在多数情况下,β辐照导致材料断后伸长率和体积电阻率同期减小,但在高温辐照后,材料的体积电阻率反而增大。这些效果不错为相识β辐照下电缆团聚物材料的老化行动,以及完善电缆及格武断锻真金不怕火决策提供参考。

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