《氫與輻照缺陷的相互作用中的同位素效應》是依託北京科技大學，由萬發榮擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：氫與輻照缺陷的相互作用中的同位素效應
- 依託單位：北京科技大學
- 項目負責人：萬發榮
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
隨著我國參加ITER項目並承擔實驗包層的製備任務，加快研究低活化鐵素體/馬氏體鋼的輻照行為，具有十分重要的意義。在核聚變堆環境中，氚對材料中高能中子引起的輻照損傷會產生很大影響。由於氚實驗的限制，以前多利用氫來進行模擬材料中氚與輻照缺陷的相互作用，很少考慮氫的同位素作用。本項目將在以前對氫的研究基礎上，利用氘離子輻照低活化鐵素體/馬氏體鋼，結合高壓電鏡下的電子輻照，以輻照缺陷的形態與形成過程、輻照空洞的產生及其材料腫脹、和合金元素的輻照偏聚與析出為主要研究內容，分析氘與氫的異同點，研究同位素效應對氫與輻照缺陷的相互作用的影響，進而對氚的行為進行推測。本研究結果將為我國開發低活化鐵素體/馬氏體鋼提供參考數據和理論基礎。
結題摘要
本項目在以前對氫的研究基礎上，利用氘離子輻照低活化鐵素體/馬氏體鋼，結合高壓電鏡下的電子輻照，以輻照缺陷的形態與形成過程、輻照空洞的產生及其材料腫脹、和合金元素的輻照偏聚與析出為主要研究內容，分析氘與氫的異同點，研究同位素效應對氫與輻照缺陷的相互作用的影響，進而對氚的行為進行推測。 本項目的實驗結果發現，與注氫試驗類似，氘離子注入CLAM鋼試樣後，在低溫時效（573K－723K）時形成填隙型位錯環，當時效溫度升到823K以後形成空位型位錯環，當溫度達到873K時，空洞產生。氘注入純鐵中可以形成D-I，D-Is，D-V，D-Vs四種氘與缺陷的複合體。在低溫時效時，前兩種複合體聚集後形成填隙型位錯環，而在高溫時效時D-V複合體聚集後形成空位型位錯環，D-Vs聚集後形成空洞。 與氫離子注入的機制也類似，氘離子注入純鐵試樣中可能存在D-I，D-V，D-Is，D-Ds四種氘和缺陷的複合體。在較低溫度時（R.T.-723K），只有D-I與D-Is這兩種複合體可以移動，一部分這樣的複合體聚集在一起就形成了間隙型位錯環（I-loop）。當溫度上升到另一個階段時（723K-823K），D-V複合體開始移動。D-V複合體本身也逐漸開始聚集在一起形成空位型位錯環(V-loop)。 但是，注氫與注氘所產生的空位型環錯環，吸收電子輻照產生的間隙原子後，會逐漸縮小乃至消失。不過，兩種情況下的空位型位錯直至消失所需的電子輻照量（輻照時間）相差近1個數量級，注氫時為0.1dpa，注氘時則為0.7dpa，所以可以認為在注氘純鐵中的偏壓參量SD比注氫純鐵的偏壓參量SH小。由此可以推測注氚時的空位型位錯環將具有最小的偏壓參量。位錯的偏壓參量是影響輻照空洞形成的主要因素，偏壓參量越小，說明該材料越耐輻照腫脹。 本項目還對氘離子注入後的低活化鐵素體鋼以及Fe-Cr模擬合金進行了仔細研究，發現與之前的氫離子輻照試驗的結果類似，Fe-Cr模型合金沒有進行氘離子輻照時以及室溫注氘都沒有析出物的產生，但是在500℃高溫氘離子輻照時，樣品中不僅產生了缺陷，同時還產生了特定取向的析出物。分析認為，該析出物可能為富Cr相。 本項目的最主要貢獻在於確認了氘離子注入試驗結果與氫離子注入試驗結果的相同性，並發現二者之間的細微區別，從而為推測氚離子情況下的試驗結構提供的幫助。
