《用正電子湮沒譜學研究輻照缺陷的自修復機理》是依託武漢大學，由王柱擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：用正電子湮沒譜學研究輻照缺陷的自修復機理
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：王柱
- 依託單位：武漢大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
先進核能系統的發展依賴於人們對反應堆材料的輻照損傷過程的進一步了解。本項目以納米結構材料的缺陷自修復行為為背景，採用正電子湮沒壽命譜和符合都卜勒展寬譜、高分辨電子顯微鏡、加速器-電鏡在線上、X射線衍射等分析手段，並結合第一性原理計算和分子動力學模擬，研究幾種材料的輻照效應,以及晶粒大小和抗輻照能力的關係；分析電子、質子和氦離子輻照缺陷種類、大小、濃度。研究單質材料晶界和複合材料中雙相界面對缺陷形成能、缺陷遷移勢壘的影響和差別。探索納米材料的輻照缺陷自修復行為的物理機制。通過計算機模擬和理論推導，研究納米材料中電子輻照缺陷的產生、遷移和湮滅的演化規律,了解不同輻照劑量率條件下材料結構的變化；研究氫和氦協同作用下納米材料的輻照效應及輻照缺陷產生、遷移與湮滅機理。本項目研究結果對探索新型抗輻照材料研究提供重要的實驗數據和理論依據，對新型核能系統結構材料設計有重要意義。
結題摘要
以不同方法製備納米合金粉為原料，以壓製法製備的納米固體銅、納米固體鋅和納米固體鋁為研究對象，主要使用正電子湮沒壽命譜、STM，X射線衍射等實驗方法，研究納米金屬固體中的缺陷結構，特別是晶界的微結構。著重討論納米固體在等溫退火（即老化）和等時退火過程中的微結構演化。討論了晶界中分布的氧化物對納米固體結構熱穩定性的影響。用正電子湮沒壽命譜研究了納米金屬固體的塑性形變機制以及納米固體中的缺陷對塑性形變的影響。通過計算模擬了納米銅中輻照缺陷與Σ=11(113)界面的相互作用過程，探討輻照缺陷的自修復機理。主要的研究結果如下： 1.輻照缺陷自修復機理研究。研究結果顯示輻照過程中產生的點缺陷從能量上都傾向於向晶界區域擴散，同時間隙擴散的速率要快一些，先於空位到達界面。而且，一旦間隙擴散到了界面，不管是單個間隙原子或者是形成了間隙團，都很容易被界面重新發射出來與體相的空位複合，從而實現了點缺陷的自修復。因此，Σ=11（ 113）的晶界能夠明顯提高抗輻照性。這也是晶界濃度很高的納米材料具有更強抗輻照能力的原因。 2. 對不同壓力下製備的納米Cu和納米Al固體的研究結果表明：製備壓強大，則大空位團的大小和濃度都較小。但壓強對樣品中的小缺陷影響不大。低溫老化過程中，納米晶粒尺寸僅僅緩慢增加。退火的初始階段晶粒粒徑有所減小，隨著退火溫度的提高，粒徑又會增加。實驗還發現晶界氧化物對空位團的分解和晶粒徑長大有阻礙作用。退火不能完全消除壓制的納米固體樣品中缺陷。 3. 正電子湮沒壽命譜對納米固體鋅的塑性形變過程的研究表明，納米固體鋅的塑性形變是由晶界的滑移和晶界旋轉主導的。410ºC退火後的塑性形變規律和傳統多晶體鋅的塑性形變一樣，都是通過位錯的產生和運動來實現的。晶界中的空位缺陷對晶界的遷移擴散運動有阻礙作用。退火處理可以消除一部分空位缺陷，同時促使晶粒生長。晶界中引入的第二相物質可以抑制晶粒生長。
