低活化高晶化溫度金屬玻璃的離子束輻照損傷研究

《低活化高晶化溫度金屬玻璃的離子束輻照損傷研究》是依託大連理工大學,由梅顯秀擔任醒目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：低活化高晶化溫度金屬玻璃的離子束輻照損傷研究
• 依託單位：大連理工大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：梅顯秀

項目摘要

第一鏡是核聚變電漿光學診斷的重要組成部分，目前第一鏡的主要候選材料為金屬材料（如不鏽鋼、鉬、鎢等），儘管金屬材料具有優良的導熱性能等優點，但是也存在很多問題，如不鏽鋼在粒子的轟擊下反射率下降明顯，鎢和鉬等高熔點高硬度金屬難以加工獲得高質量鏡面，反射率較低；由於多晶材料不同取向晶粒間濺射率不同，粒子轟擊使得樣品表面可觀察到明顯晶界，從而使反射率下降。我們的前期工作也表明，金屬玻璃的耐濺射和耐輻照損傷能力好於晶體材料。本項目選擇低活化、高晶化溫度的金屬玻璃作為第一鏡的候選材料，利用不同能量密度的強流脈衝離子束輻照模擬聚變堆的熱效應，利用重離子束和強流脈衝離子束輻照模擬未來聚變工況下的電漿輻照、中子輻照和熱效應協同作用對金屬玻璃的結構和性能的影響，探索低活化、高晶化溫度的金屬玻璃作為聚變堆第一鏡候選材料的可能性。

結題摘要

金屬玻璃具有短程有序、長程無序的亞穩態結構特徵，有比晶體材料更好的耐輻照特性，有可能成為面向電漿（尤其是第一鏡材料）的候選材料。本項目選擇不同能量（40keV-3MeV）的He2+、H+、Ar12+和強流脈衝離子束輻照Zr基、Cu基、Fe基、Ni基等高晶化溫度金屬玻璃、晶體W和V合金，輻照劑量範圍0-1.6×1018/cm2（0-68dpa），研究金屬玻璃的輻照損傷行為。結果表明，連續的離子束輻照後，不同基的金屬玻璃表面都沒有明顯的輻照損傷現象發生，劑量達到1.61018 ions /cm2（68dpa）時金屬玻璃仍保持非晶相為主要結構，在He泡層區域觀察到少量的晶化相產生。而對於金屬W和V合金來說，在劑量為5×1017 ions/cm2時已經起泡剝落，當劑量達到1×1018ions/cm2時甚至出現多層起皮剝離現象。強流脈衝離子束輻照後，Zr基金屬玻璃保持非晶相為主要結構，300次輻照後，Zr基金屬玻璃表面出現“花瓣”狀的輻照損傷現象，同時有少量晶化相產生。而金屬鎢表面則出現了明顯裂紋。由於金屬玻璃的短程有序和長程無序結構、內部存在大量的自由體積、沒有位錯和晶界等晶體缺陷，各向同性的結構能夠容納更多的離子，同時也能夠緩解強流脈衝離子束輻照產生的應力。金屬玻璃耐離子束輻照損傷的能力明顯優於晶體材料（金屬W和V合金）。高晶化溫度的金屬玻璃有更好的離子束輻照結構穩定性。項目的完成檢驗了低活化、高晶化溫度金屬玻璃作為未來聚變裝置第一鏡候選材料的可能性，為聚變反應成功運行提供理論依據和技術支持。該項目的研究意義不僅僅在於尋找未來聚變裝置第一鏡候選材料，還可以將金屬玻璃的套用拓展到空間反射鏡等領域。 項目按計畫完成，共發表期刊論文13篇，其中SCI收錄的論文10篇。培養研究生10人，已畢業5人，在讀5人。參加國內外學術會議16人次，其中國際會議7人次，國內會議9人次。