《典型光學材料輻射損傷機制及光學性能影響研究》是依託北京大學，由薛建明擔任負責人的聯合基金項目。
基本介紹
- 中文名：典型光學材料輻射損傷機制及光學性能影響研究
- 項目負責人：薛建明
- 依託單位：北京大學
- 項目類別：聯合基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
聚變中產生的中子能量高達14 MeV，在材料中會產生大量的輻射損傷缺陷而導致材料性能發生明顯變化,嚴重影響到聚變裝置的安全和使用壽命。本申請項目主要研究高能中子在光學材料中的輻射損傷規律，以及輻照損傷對材料光學性能的影響。利用不同能量、不同質量的離子和特定參數的中子，輻照石英玻璃（SiO2）、KDP晶體（KH2PO4）等典型光學材料，測量分析樣品中損傷缺陷特性和產生規律，以及樣品光學性質在輻照後的變化。建立針對上述材料的計算機模擬平台，研究光學材料中輻射損傷缺陷的產生、遷移、聚集以及複合過程和機制，建立描述中子輻照導致材料光學性質變化的物理模型。在實驗和理論研究的基礎上，探索提高光學材料抗輻照性能的可能途徑。本項目將獲得光學材料在中子/離子輻照下性能退化的實驗數據，並建立評估光學材料抗輻照能力的物理模型，對我國未來聚變裝置的設計和實際套用具有重要供參考價值。
結題摘要
聚變產生的中子能量高達14MeV，在材料中會產生大量的輻射損傷缺陷而導致材料性能發生明顯變化,嚴重影響到聚變裝置的安全和使用壽命。本項目主要研究中子在光學材料中的輻射損傷規律，以及輻照損傷對材料光學性能的影響。利用不同能量、不同質量的離子和特定參數的中子，輻照石英玻璃等典型光學材料，研究樣品中損傷缺陷特性和產生規律。 本項目針對離子和中子在光學材料中的輻射損傷規律開展研究，包括實驗研究和計算機模擬輻照效應兩個方面，項目執行期間取得的主要成果包括：1、陶瓷材料輻照損傷效應的多尺度計算機模擬及光學性能損傷評估模型。首先利用Geant4和SRIM程式，計算了能量從1eV到14MeV中子在石英（SiO2）等材料中的初級碰撞原子（PKA）能譜，獲得了H/He的濃度隨入射中子能量變化的關係；在此基礎上，計算了不同中子輻照下的移位損傷數；利用經典分子動力學（Lammps）模擬了離子在其中的輻射損傷過程和規律，並通過實驗（MeV能量的H/C離子）方法測量了樣品結構變化隨入射離子能量和劑量的關係，確認了上述計算機模擬結果的可靠性。結合量子分子動力學計算，初步建立了評估光材料輻照損傷對其光學性質影響的物理模型；2、實驗發現基底SiO2的存在降低了所支撐石墨烯產生輻照缺陷的閾值，這個發現對通過不同支撐材料改善石墨烯加工技術有重要意義。同時，同時也對有SiO2基底的石墨烯的摻雜進行了理論和實驗的分析， 發現Si或者相似元素的高摻雜效率使得離子注入摻雜石墨烯的有效方法；3、通過和中國工程物理院核物理與化學所的合作，開展了中子輻照碳化矽的實驗工作，並對該樣品進行了拉曼光譜、高解析度XRD等實驗分析，獲得了國內第一份詳細的實驗結果。 總之，本項目基於實驗和計算機模擬研究，對光學材料中輻射損傷缺陷的產生、遷移、聚集以及複合過程和機制有了深入的認識，同時建立了描述中子輻照導致材料光學性質變化的物理模型。在實驗和理論研究的基礎上，探索提高光學材料抗輻照性能的可能途徑，對我國未來聚變裝置中陶瓷材料損傷評估具有重要的參考價值。
