aalto1 untyped-item.component.html
Nuclear reactor pressure vessel base material fracture toughness anomalies
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Engineering |
Master's thesis
Electronic archive copy is available via Aalto Thesis Database.
Authors
Date
Department
Major/Subject
Mcode
Degree programme
Language
en
Pages
79
Series
Abstract
The reactor pressure vessel (RPV) is the most critical component in a nuclear power plant (NPP). It is subjected to neutron irradiation, which decreases the fracture toughness of the ferritic steel — a phenomenon known as irradiation embrittlement. This has been a subject of extensive monitoring in NPPs via what is known as surveillance programs. A significant portion of the Loviisa surveillance program fracture toughness tests yielded unexpectedly low (anomalous) values, indicating a higher level of RPV embrittlement.
This thesis aims to develop a comprehensive understanding of the anomalous fracture toughness behaviour observed in the Loviisa RPV base material and to find the potential root causes. To accomplish this, material characterization was conducted using scanning electron microscopy (SEM) and light optical microscopy on one anomalous and one normal fracture toughness specimen.
The characterization revealed several key findings: (1) the anomalous specimen exhibits a higher inclusion number density (roughly twice as high); (2) the anomalous specimen shows more transgranular fracture propagation in the early stages compared to the normal specimen; (3) the grain size is typical for the material and similar in both specimens; and (4) both specimens exhibit similar bainitic-ferritic microstructure.
Based on this study, the findings suggest that the base material used in the Loviisa RPVs can be considered inhomogeneous due to the observed differences in inclusion number density. In addition, the prevalence of transgranular cracking suggests that the anomalous behaviour is linked to the properties of the matrix instead of the grain boundaries. Future research recommendations include transmission electron microscopy to examine the grain boundaries in similar specimens and further fracture surface examinations using SEM.
Reaktoripainepainesäiliö on ydinvoimaloiden kriittisin komponentti. Se altistuu neutronisäteilylle, mikä aiheuttaa säteilyhaurastumista alentaen reaktoripainesäiliön murtumissitkeyttä. Reaktoripainesäiliön säteilyhaurastumista on tutkittu seurantaohjelmien avulla, joiden tarkoituksena on seurata materiaalin muutoksia ja murtumissitkeyden heikkenemistä. Suuressa osassa alkuperäisistä säteilyseurantanäytteistä on havaittu epätavanomaisen alhaista (anomaalista) murtumissitkeyttä, mikä voisi merkitä nopeampaa säteilyhaurastumista kuin mitä on ennustettu.
Tämän diplomityön tavoitteena on kehittää syvällinen ymmärrys Loviisan reaktoripainesäiliön perusmateriaalissa havaitusta anomaalisesta murtumissitkeyskäyttäytymisestä. Työssä pyritään tunnistamaan mahdolliset juurisyyt, ja tämän saavuttamiseksi tutkimuksessa on karakterisoitu kahta murtumissitkeysnäytettä. Toinen näytteistä oli kategorisoitu anomaaliseksi ja toinen normaaliksi. Karakterisoinnissa käytettiin työkaluina elektroni- ja valomikroskopiaa.
Näytteiden karakterisointi paljasti useita keskeisiä havaintoja: (1) anomaalisessa näytteessä havaittiin noin kaksi kertaa korkeampi sulkeumatiheys; (2) anomaalisessa näytteessä on enemmän rakeiden läpi edennyttä murtumista; (3) raekoko on keskisuuri molemmissa näytteissä; (4) molempien näytteiden mikrorakenne on bainiittis-ferriittinen.
Tämän tutkimuksen perusteella havainnot viittaavat siihen, että materiaali voidaan kategorisoida epähomogeeniseksi sulkeumatiheyden erojen vuoksi. Lisäksi anomaalisen näytteen korkeampi määrä rakeiden läpi edennyttä murtumista viittaa siihen, että anomaalinen käyttäytyminen johtuu eroista murtumismekanismeissa. Tulevaisuuden tutkimussuosituksiin kuuluu TEM mikroskopian käyttäminen raerajojen tutkimiseksi vastaavanlaisissa näytteissä ja murtumispintojen tarkempi tutkiminen SEM mikroskopialla.
Description
Supervisor
Virkkunen, IikkaThesis advisor
Vainionpää, AleksKorhonen, Ritva