中國低活化馬氏體鋼聚變中子輻照損傷機制研究

《中國低活化馬氏體鋼聚變中子輻照損傷機制研究》是依託中國科學院合肥物質科學研究院，由彭蕾擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：中國低活化馬氏體鋼聚變中子輻照損傷機制研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：彭蕾
• 依託單位：中國科學院合肥物質科學研究院

項目摘要

目前國際上普遍認為低活化體素體/馬氏體（RAFM）鋼是聚變反應堆的首選結構材料，雖然它具有優越的性能，但高流強14MeV聚變中子輻照將在材料內部引起輻照缺陷及氦，使材料力學性能退化，服役壽命降低和風險的增加，因此，輻照損傷研究成為RAFM鋼研究熱點。聚變中子輻照損傷影響因素複雜，目前國際上由於沒有強流聚變中子源，通常用裂變中子來模擬研究輻照缺陷，但難以產生氦，而且氦與輻照缺陷的協同作用及對力學性能的影響機制也尚未闡明。本研究擬對中國低活化馬氏體（CLAM）鋼採用散裂與裂變中子輻照相結合的方法來模擬聚變中子輻照損傷，可以通過散裂反應和硼摻雜技術引入氦，結合系列退火實驗測試輻照前後力學性能和觀察微觀結構，分析輻照缺陷及氦對力學性能的影響機制，同時結合分子動力學進行模擬研究，可為提高CLAM鋼抗輻照性能及最佳化製備工藝提供實驗依據和理論指導。本研究對聚變堆結構材料的早期套用和長期服役具有重要意義。

結題摘要

本基金針對聚變堆首選結構材料低活化鐵素體/馬氏體（RAFM）鋼的聚變中子輻照損傷機制，主要研究中國自主智慧財產權的低活化鋼CLAM鋼的中子輻照損傷，採用散裂與裂變中子輻照相結合的方法來模擬聚變中子輻照損傷，測試輻照前後力學性能和觀察微觀結構，主要分析了輻照硬化和脆化效應，並探索了輻照缺陷及氦對力學性能的影響機制。主要內容及成果包括： 1）利用中國高通量工程試驗堆HFETR，進行了CLAM鋼的裂變堆中子系列>1dpa和>2dpa輻照實驗，獲得了國內首次低活化鋼的ITER劑量水平（1.25dpa）中子輻照實驗性能數據，包括拉伸和衝擊性能測試，分析了中國低活化鋼的輻照硬化和脆化等效應，為TBM國產結構鋼的可行性提供了實驗數據； 2）利用瑞士散裂中子源SINQ，開展了CLAM鋼的散裂中子輻照實驗，是國產低活化鋼的首次高劑量（最高達22dpa）高能中子輻照系列實驗（STIP-V、STIP-VI、STIP-VII），其實驗參數達到國際先進水平； 3）進行了CLAM鋼在電子/氦的雙束輻照實驗，輻照損傷劑量最高達17.5 dpa， He產生濃度為10 appm He/dpa，是國內首次開展低活化鋼的雙束輻照及氦泡觀察實驗，觀察了輻照後微觀結構的改變，分析了輻照空洞和氦泡產生和演化過程，以及輻照腫脹。