Published June 1977 | Version v1
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Importance and status of (n,α)-cross sections for a reliable prediction of radiation damage in stainless steel

Description

It is well established that helium formed in stainless steel by various (n,α) processes has a pronounced effect on its mechanical and dimensional properties. There has been strong discrepancy between the helium contents measured in irradiated stainless steel and that calculated on the basis of known (n,α) cross sections on the stable constituents of stainless steel. This discrepancy seems to be resolved by attributing the excessive helium to the two step process: 58Ni(n,γ)59Ni(n,α)56Fe. However, a large discrepancy exists between the value of the thermal cross section for the 59Ni(n,α)56Fe process used to calculate the helium production data and that obtained out of the direct measurements of this cross section. In this paper the role of the (n,α) cross section is investigated on the irradiation induced swelling as an example. It is shown that insoluble gases like helium do influence swelling by way of nucleating and stabilising voids. It is further shown that helium produced via 59Ni constitutes a substantial amount of helium produced in stainless steel under thermal as well as under fast reactor conditions. In fast reactors helium produced via 59Ni gains its importance at high neutron fluences. A linear extrapolation of helium production data measured at low fluences to the fluences of the order of l.5.1023 n/cm2 is not justified. It is shown that the usual practise to relate helium production data to thermal and fast neutron fluence is inadequate. The details of neutron spectrum are necessary to reliably predict helium production rate. A measurement of 59Ni(n,α)56Fe cross section in keV and MeV range is recommended. (orig.)

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Abstract (German)

Es ist allgemein bekannt, dass das durch verschiedene (n,α)-Prozesse in rostfreiem Stahl produzierte Helium einen deutlichen Einfluss auf dessen mechanische Eigenschaften und Dimensionsaenderungen hat. Es wurden grosse Unterschiede zwischen dem gemessenen Heliumgehalt in bestrahltem rostfreiem Stahl und den anhand der bekannten (n,α)-Wirkungsquerschnitte berechneten Daten beobachtet. Diese Diskrepanz scheint durch die Zuordnung des ueberschuessigen Heliums zu dem Zwei-Stufen-Prozess 58Ni(n,γ)59Ni(n,α)56Fe geklaert zu sein. Es existiert jedoch ein grosser Unterschied zwischen dem thermischen Wirkungsquerschnitt fuer den 59Ni(n,α)56Fe-Prozess, der zur Berechnung der Helium-Erzeugungsrate angewandt wird und dem, der aus direkten Wirkungsquerschnitts-Messungen gewonnen wird. In diesem Bericht wird die Rolle der (n,α)-Wirkungsquerschnitte als Beispiel am strahleninduzierten Schwellen untersucht. Es wird gezeigt, dass unloesliche Gase wie Helium das Schwellen durch Keimen und Stabilisieren der Poren beienflussen. Es wird weiter gezeigt, dass sowohl in thermischen als auch in schnellen Reaktoren ein betraechtlicher Teil an Helium ueber 59Ni gebildet wird. In schnellen Reaktoren gewinnt die Helium-Produktion ueber 59Ni bei hoeheren Neutronen-Fluenzen an Bedeutung. Eine lineare Extrapolation der bei niedrigen Fluenzen gemessenen Helium-Produktions-Daten zu Fluenzen von der Groessenordnung l.5.1023 n/cm2 ist nicht gerechtfertigt. Es wird dargelegt, dass fuer die Heliumerzeugung das gesamte Neutronenspektrum beruecksichtigt werden muss und ueblicherweise angewandte Verfahren, bei denen die Heliumerzeugung nur dem thermischen oder dem schnellen Neutronenfluss zugeordnet wird, nicht geeignet sind. Eine Messung des 59Ni(n,α)56Fe-Wirkungsquerschnitts im keV- und MeV-Bereich wird empfohlen. (orig.)

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Imprint Pagination
24 p.
Report number
KFK--2473

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Notes
8 figs.; 4 tabs.; 32 refs.