《高溫輻照下SiC中空洞型缺陷的形成機理研究》是依託西安交通大學，由臧航擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：高溫輻照下SiC中空洞型缺陷的形成機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：臧航
- 依託單位：西安交通大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
耐高溫、抗輻照、低活化的SiC材料在各種核能系統中有廣泛套用。高溫輻照下SiC中空洞型缺陷會導致非飽和的輻照腫脹，且高溫下輻照缺陷的累積可能導致其阻擋裂變產物遷移能力的下降，因此SiC中空洞型缺陷的形成機理非常重要。中子輻照實驗成本高耗時長，重離子模擬中子輻照研究引起人們關注。本項目通過分別對SiC和含有He泡SiC進行800℃高溫Si離子輻照和1600℃退火的方法，模擬中子輻照損傷，通過對SiC中各種缺陷（He泡、空洞和位錯環等）形成及演變規律的觀測，結合He和空位相互作用的理論模擬，研究He對空洞型缺陷形成的貢獻，並探索SiC中空洞型缺陷的形成機理；通過測量實驗各個階段樣品中缺陷類型、大小和密度，輻照腫脹以及應力的變化規律，與已有中子輻照實驗數據對比討論，開展高溫輻照環境下重離子和中子在SiC中形成輻照腫脹和輻照缺陷的異同性討論，對SiC在各種先進核能系統中的安全套用具有重要的意義。
結題摘要
碳化矽（SiC）具有優異的高溫穩定性、低中子俘獲截面和良好的耐輻照性能，是優良的耐高溫的抗輻照材料，在燃料包殼以及聚變堆結構部件等有著重要的套用。在高溫輻照環境下SiC中空洞型缺陷的形成機理以及其誘發的腫脹現象是具有重大科學意義和研究價值的課題。在高能中子輻照下，材料發生嬗變反應，在材料內部形成He和H等嬗變產物，這些嬗變產物能極大的影響空洞缺陷的形成和生長。目前國際上尚未建成聚變材料的輻照裝置，材料的中子輻照均在裂變堆中進行，和裂變堆相比，聚變堆中的中子能量偏高，採用蒙特卡洛模擬方法，計算了SiC在不同中子輻照環境下嬗變產物的產生率，發現聚變環境下 He和H的產生率要高1-2個數量級，隨後進行400攝氏度下120 keV He離子的注入實驗，又在750攝氏度下引入4MeV的大注量的Kr離子輻照，在這個溫度下，會有大量的空位缺陷留存，隨後將樣品在1600攝氏度下真空退火，研究在高溫環境下，空位型缺陷和He離子的相互作用規律。結果表明，在空洞缺陷形成的早期，He能促進空洞的形成，但在He空洞缺陷的生長過程中，空位缺陷俘獲He原子，形成較小的He泡，限制SiC中He原子的遷移，抑制大尺寸He泡的形成，該內容被收錄至美國能源部年度項目報告中。為了討論輻照環境下重離子和中子在SiC中形成輻照腫脹異同性，針對文獻中SiC的常溫中子輻照腫脹數據，開展了重離子對照實驗，解釋了為什麼文獻報導中沒有觀察到單晶和多晶碳化矽的中子輻照膨脹規律差異的原因。為了更深入的討論中子輻照和重離子輻照的差異，模擬了中子和重離子與SiC的碰撞過程，結果發現1～10 MeV能量下重離子在SiC中產生的初級反衝譜接近於14 MeV中子的次級反衝能譜，據此設計了評估二者輻照損傷差異的新方法，為雙束MeV重離子混合輻照模擬聚變反應堆中子輻照實驗研究提供科學支撐。本項目目前已發表SCI論文4篇，培養博士1名，碩士2名，本科3名，在美國西北太平洋國家實驗室完成一年的學術交流，參加多個學術會議，和國內外多家科研單位建立了良好的合作關係。
