《氦氘協同輻照對金屬鈹微觀結構和輻照硬化的影響》是依託北京科技大學，由劉平平擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：氦氘協同輻照對金屬鈹微觀結構和輻照硬化的影響
- 依託單位：北京科技大學
- 項目負責人：劉平平
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
作為核聚變堆的關鍵候選中子增殖材料和面向電漿材料，鈹具有良好的中子倍增能力和電漿相容性。但核聚變產生的高能中子以及核嬗變產生和電漿注入的氦（He）、氘（D），使金屬鈹遭受嚴重的輻照損傷，進而導致力學性能惡化。低溫下氦與輻照缺陷的相互作用影響微觀結構並可能造成額外硬化和脆化。同時，He和D在輻照中的潛在協同效應尚不明確。本課題組採用He離子及He、D離子雙束輻照金屬鈹，隨後用高分辨透射電子顯微鏡和納米壓痕法研究了鈹的微觀結構變化及輻照硬化和脆性，並嘗試提出輻照硬化和脆化的改善方法。具體內容包括：1、氦離子輻照對金屬鈹微觀結構和輻照硬化的影響；2、氦氘離子協同輻照對金屬鈹微觀結構和力學性能的影響；3、對金屬鈹進行合金化，研究改善輻照硬化和脆化的方法。本研究將進一步揭示氦氘對金屬鈹輻照損傷的影響，探討金屬鈹的輻照損傷機制，以探索更先進的高性能的長期用於核聚變反應堆的關鍵材料。
結題摘要
金屬鈹具有很多優異的核性能，如大的熱中子散射截面，可用於聚變反應堆第一壁面向電漿材料，此外還能與中子發生（n, 2n）反應產生兩個He和兩個中子，也被選為氦冷氚增殖包層中的中子倍增劑。而在未來核反應堆環境中氦、氘、氫都會注入到材料中從而影響材料的微觀結構進而大大降低材料的服役性能。為此本項目綜合套用離子輻照、納米壓痕結合透射電子顯微學方法，研究了氦氘協同輻照對金屬鈹微觀結構和輻照硬化的影響，並探討了合金化對於金屬鈹抗輻照能力的影響。研究成果主要有： （1）完成了金屬鈹的輻照模擬實驗，成功製備了透射電鏡和納米壓痕力學測試樣品，完成了金屬鈹輻照前的微觀結構和力學性能測試分析。對鈹材輻照前的組織結構進行了較細緻的分析，包括晶粒尺寸，材料中的夾雜物，尤其值得指出的是對於晶內的析出物的細緻分析有助於更新對金屬鈹內析出物的理解，對輻照前鈹的力學性能如納米硬度進行了測試分析。 （2）完成了金屬鈹的氦離子輻照，研究輻照對金屬鈹微觀結構的影響，確定金屬鈹的輻照缺陷種類，並對各種缺陷結構進行系統研究包括六方晶系鈹中位錯環、氣泡等；同時完成了氦離子輻照後的納米壓痕力學測試，並對金屬鈹的氦離子輻照前後的微觀結構和力學性能進行系統的分析；完成氦氫協同輻照結合微觀結構的原位動態觀察研究了氦氫協同輻照效應對於材料點缺陷如間隙原子和空位運動的影響。 （3）完成了對金屬鈹的合金化，嘗試製備了鈹鈦和鈹鎢合金，並對鈹合金進行輻照實驗，進行了輻照前後鈹合金微觀結構和力學性能的研究，探討了合金化對金屬鈹微觀結構和力學性能的影響。 本研究結果不僅系統研究了金屬鈹的微觀結構如析出物成分、結構，位錯環柏氏矢量、類型等為未來聚變堆部件的套用提供重要參考，而且將豐富金屬鈹的研究，促進學科增長。
