Представленные в разделах 2 и 3 проекты и экспериментальные установки, создаваемые (или уже созданные) для их выполнения, открывают широкие возможности не только для проведения исследований фундаментальных свойств строения материи, но и для решения целого ряда проблем и задач экологии и обороны. Причем использование современных ядерно-физических методов и приборов в сочетании с высокими параметрами нейтронных пучков реактора ПИК позволит существенно повысить эффективность решения этих задач.

Не говоря о том, что при проведении фундаментальных исследований, как правило, получаются результаты, имеющие серьезные прикладные применения, можно уже сейчас выделить целые направления, имеющие принципиально важное практическое значение, которые могут быть предметом исследований на реакторе ПИК.

1. Изучение механизма изменения свойств материалов под действием облучения

Такие исследования выполняются, как правило, с разрушением облученных образцов (например, для электронной микроскопии) или на образцах в виде тонких игл и пленок, т.е. в виде, далеком от реальных объемных образцов. Хорошо развитая в ПИЯФ техника малоуглового рассеяния нейтронов позволяет исследовать достаточно большие образцы без разрушения и во всем объеме. Возможная область наблюдения за микроскопическими образованиями внутри материала начинается от 10 Å и перекрывает диапазон, интересный для анализа моделей распухания и изменения механических свойств (единицы - десятки микрон). При этом появляется возможность объемного описания процессов выделения фаз различной дисперсности, приводящих к изменению механических свойств конструкционных материалов, применяемых для корпусов и внутрикорпусных конструкций реакторов. Становится возможным наблюдение процесса сегрегации примесей фосфора, серы, меди и других элементов на границах зерен и процесса образования пар типа фосфор-никель, фосфор-хром и тому подобных, а также образования газовых пор. Естественно, что использование методики малоуглового рассеяния должно сочетаться с другими традиционными методами, тем более что само малоугловое рассеяние не дает информации о составе микрофазы. Преимущества малоуглового рассеяния заключаются в уже упомянутой возможности получения объемной картины и в большой статистике наблюдения. Кроме того, возможно повторное облучение образцов с последующим повторным исследованием их на приборе малоуглового рассеяния. Важным для исследования моделей поведения материала под облучением является также то обстоятельство, что малоугловое рассеяние дает не только размер микровключений и среднее расстояние между ними, но позволяет также судить об их форме и фрактальности поверхности.

Использование этой методики для топливных композиций, используемых в твэлах, особенно дисперсионного типа, явится важным инструментом в разработке новых композиций и развитии понимания поведения материалов под облучением.

В настоящее время на Западе уже есть первые попытки исследования конструкционных материалов на приборах малоуглового рассеяния. Эти приборы требуют высокой плотности тепловых, а также холодных нейтронов в выведенном пучке. Реактор ПИК спроектирован именно для такого рода исследований.

В ПИЯФ создана установка малоуглового рассеяния на реакторе ВВР-М. Первые прикидочные измерения на очень слабом нейтронном пучке 10³ н/см²с на этой установке показали возможность подобных исследований. На реакторе ПИК плотность потока на входе в подобные приборы будет как минимум на три порядка выше.

2. Исследование микромеханизма кинетики разрушения и формирования предразрывного состояния металла

Современная физика рассматривает разрушение твердых тел под нагрузкой как процесс, приводящий к разрыву (макроразрушению) тела. Начало этого процесса связано с зарождением первичных субмикроскопических трещин, кинеика дальнейшего развития которых, слияние и дальнейший рост магистральных трещин и определяют наступление разрушения. Известно, что зарождение и развитие субмикроскопических и микроскопических трещин зависит и от важных внешних факторов: величины и характера нанагрузки, температуры, радиационного воздействия, от микроструктуры рассматриваемых материалов.

Информация о кинетике развития разрушения на микроуровне ведет к возможности прогнозирования работоспособности материала (и всей конструкции), оценки остаточного ресурса прочности и т.д. Таким образом., получение прямой и детальной информации о зарождении и развитии субмикротрещин является важной и необходимой задачей в разработке проблем надежности и эффективного использования конструкционных материалов.

Для регистрации и прослеживания развития субмикротрещин в металлах метод малоуглового рассеяния нейтронов является весьма эффективным, поскольку позволяет регистрировать трещины, поры и сегрегированные фазы микропримесей с размерами от ~ 10 Å до микрометров. Отмеченные выше характеристики реактора ПИК по плотности потока холодных нейтронов создают благоприятные возможности успешного развития исследований механизма кинетики разрушения и формирования предразрывного состояния металла с помощью малоуглового рассеяния.

Наряду с методами малоуглового рассеяния будут проводиться на спин-эхо спектрометре исследования динамической функции рассеяния в широком диапазоне времени атомных и молекулярных движений (10^-12 - 10^-8 с).В разработке физики процессов разрушения материалов реакторной техники важным является изучение объектов, подвергнутых одновременному воздействию нагрузки и радиации (известно, что эти факторы действуют неаддитивно). Подобные исследования могут выполняться совместно ПИЯФ (малоугловые измерения) и НИИАР (подготовка образцов, подвергнутых комбинированному одновременному воздействию нагрузки и облучения).

Успешное развитие данного направления должно дать возможность экспериментального наблюдения процессов зарождения и развития начальных, субмикроскопических трещин и пор как в объеме тела, так и в области вершины растущих магистральных трещин. Это ведет к обеспечению серьезного продвижения в надежности определения сроков службы металлов как в ядерной энергетике, так и во многих других областях техники.