Â鶹´«Ã½

Väitöskirjan nimi: Applicability of miniature-sized test specimens for determining fracture toughness and mechanical properties   

³Õä¾±³Ù³Ù±ð±ô¾±Âáä: Laura Sirkiä
³Õ²¹²õ³Ù²¹±¹Ã¤¾±³Ù³ÙäÂáä: Dr. Inge Uytdenhouwen, The Belgian Nuclear Research Center, Belgia
Kustos: Adj. Prof. Iikka Virkkunen, Aalto-yliopiston insinööritieteiden korkeakoulu 

Ydinvoimalaitosten käyttöikien pidentyessä säteilyseurantaohjelmissa käytettävän referenssimateriaalin riittävyys on alkanut muodostua haasteeksi. Referenssimateriaali kokee samat säteilyolosuhteet kuin reaktoripainesäiliö, ja siitä tehdään säännöllisiä materiaalia rikkovia kokeita rakenteellisen eheyden seuraamiseksi. Säteily heikentää materiaalin alkuperäisiä mekaanisia ominaisuuksia aiheuttaen mm. säteilyhaurastumista, joka on rakenteellisen eheyden kannalta yksi tärkeimmistä seurattavista asioista. Kun materiaalia kuluu kokeiden myötä eikä uutta referenssimateriaalia enää synny, on löydettävä keinoja sen riittävyyden turvaamiseksi.

Väitöskirjan tarkoituksena on selvittää, voidaanko miniatyyrikokoisia compact tension -koesauvoja hyödyntää luotettavasti teräsmateriaalin murtumissitkeyden ja mekaanisten ominaisuuksien määrittämiseen. Minikoesauvojen valmistaminen jo testattujen sauvojen puolikkaista mahdollistaisi materiaalin tehokkaamman käytön ja pidentäisi seurantaohjelmien elinkaarta. Tutkimus sijoittuu ydinvoimalan reaktoripainesäiliön rakenteellisen eheyden arvioinnin ja murtumismekaniikan soveltavan tutkimuksen kentälle, jossa tarve käytännöllisille minikoesauvaratkaisuille on kasvava. Kokeellisten menetelmien ohella hyödynnettiin FE-mallinnusta ja mikrorakenteen karakterisointia, ja tutkimuskohteena olivat myös kolme käytöstä poistetun ydinvoimalan hitsimateriaalia.

Tutkimuksen päätulos on, että miniatyyrikokoiset C(T)-koesauvat soveltuvat luotettavasti referenssilämpötilan T0 määrittämiseen haurasmurtumakokeilla. Geometriset vaihtelut tai koesauvan särönkasvua ohjaavien sivu-urien puuttuminen eivät merkittävästi heikentäneet tulosten luotettavuutta. Koesauvan paksuutta voidaan edelleen pienentää 4 mm:stä 3 mm:iin ilman merkittävää vaikutusta jännitys-venymäkenttiin, mikä vahvistettiin FE-mallinnuksella. Käytännön kannalta tämä tarkoittaa, että yhdestä 10×10×55 mm³ iskusauvasta voidaan valmistaa jopa 50 % enemmän koesauvoja. Koesauvan paikallisuus pienen kokonsa ansiosta osoittautui erityisen hyödylliseksi hitsimateriaalia tutkittaessa, ja kokeet onnistuivat kuumakammioympäristössä.

Tuloksia voidaan soveltaa suoraan ydinvoimaloiden säteilyseurantaohjelmiin, erityisesti laitoksilla, joissa referenssimateriaalin määrä on rajallinen käyttöiän pidennyksen myötä. Koesauvakoon pienentäminen ei vaaranna tulosten luotettavuutta, ja se tarjoaa konkreettisen ratkaisun referenssimateriaalin riittävyyden haasteeseen ydinvoimaloiden pitkäaikaisessa käytössä.

Avainsanat: miniatyyri C(T) koesauva, murtumismekaniikka, haurasmurtuma, referenssilämpötila T0, rakenteellinen eheys

Linkki väitöskirjan sähköiseen esittelykappaleeseen (esillä 7 päivää ennen väitöstä): .

Yhteystiedot: laura.sirkia@stuk.fi, 040 658 7206