【摘要】：釩合金(V-Cr-Ti系列)以其優(yōu)異的低活化性,良好的高溫力學(xué)性能以及抗中子輻照性能成為目前重要的聚變堆候選材料之一,相比于鐵素體/馬氏體鋼以及SiC/SiC復(fù)合材料等其它候選材料有關(guān)釩合金(V-Cr-Ti)的輻照損傷研究較為缺乏。低于0.33Tm的溫區(qū)(Tm為材料熔點(diǎn)的絕對(duì)溫度)中子輻照的釩合金(V-Cr-Ti)會(huì)出現(xiàn)輻照硬化和脆化,嚴(yán)重影響其堆內(nèi)服役壽命。本項(xiàng)研究利用載能離子束模擬聚變堆高能中子引起He的產(chǎn)生和離位損傷的輻照條件,采用V-4Cr-4Ti和V-5Cr-5Ti兩種綜合性能較好的釩合金樣品進(jìn)行He離子和重離子輻照實(shí)驗(yàn),采用純釩(99.8%)作為參照材料。為了在材料樣品中產(chǎn)生輻照損傷的坪區(qū),對(duì)于He離子輻照實(shí)驗(yàn)由加速器依次提供多能He離子;對(duì)于高能重離子輻照實(shí)驗(yàn),利用終端的梯度減能裝置將單能的重離子進(jìn)行能量離散。利用納米壓痕技術(shù)測試材料的輻照硬化效應(yīng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:樣品納米硬度的深度遞減現(xiàn)象可以用Nix-Gao模型很好描述,高能重離子輻照的樣品中軟基體效應(yīng)可以有效避免;在He離子注入濃度/離位損傷大于4200appm/0.2dpa時(shí)材料樣品出現(xiàn)硬化飽和現(xiàn)象;相同位移損傷水平下,He離子引起材料的輻照硬化程度顯著高于重離子輻照情形,該現(xiàn)象可歸于He與空位的結(jié)合導(dǎo)致的缺陷集團(tuán)的加速形成;相同的離位損傷水平下V-5Cr-5Ti樣品的輻照硬化程度略小于V-4Cr-4Ti樣品。關(guān)于樣品溫度對(duì)于輻照硬化的影響研究,觀察到純釩對(duì)于樣品溫度較為敏感。論文利用描述缺陷演化的速率方程進(jìn)行計(jì)算研究,探討了He泡、位錯(cuò)環(huán)隨輻照劑量、溫度的演化行為,對(duì)照實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論了材料輻照硬化的機(jī)理。
【圖文】：

此外成熟的過程技術(shù)也是核聚變堆成功運(yùn)行的必要因素[4]。圖 1.1 托卡馬克主要部件及裝置示意圖1.1.3 聚變堆發(fā)展面臨問題核聚變反應(yīng)中產(chǎn)生的能量高達(dá) 14.1MeV 的中子和 3.5MeV 的 α 粒子，這些粒子導(dǎo)致在聚變堆內(nèi)部第一壁/包層等結(jié)構(gòu)材料中產(chǎn)生高濃度的缺陷，同時(shí) He原子容易與空位結(jié)合，形成 He-V 復(fù)合體(helium-vacancy complex)，使材料中的缺陷加速生長，導(dǎo)致材料性能快速退化嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)材料在聚變堆內(nèi)的服役壽命[5~9]。因此，聚變堆發(fā)展中第一壁/包層材料的發(fā)展是制約聚變堆是否可行的重要條件。1.1.3.1 材料的輻照損傷效應(yīng)晶體內(nèi)部原子的排列具有規(guī)律性和周期性，高能離子/中子入射使晶體內(nèi)部點(diǎn)陣原子的排列發(fā)生破壞導(dǎo)致晶體內(nèi)部產(chǎn)生缺陷。晶體內(nèi)缺陷產(chǎn)生的過程一般分為初級(jí)原子碰撞和次級(jí)原子碰撞兩個(gè)基本過程[6]。入射粒子直接與固體內(nèi)的點(diǎn)陣原子發(fā)生作用，并將能量傳給被撞擊原子，這類被入射粒子直接擊中而受到反沖的原子稱為初級(jí)碰撞原子（primary knock-on atom

第一章 緒論 5之間），那些帶有相當(dāng)能量并出射離開原來點(diǎn)陣位置的初級(jí)碰撞原子（即初級(jí)離位原子）在次級(jí)碰撞過程中具有相當(dāng)大的能量可以作為“炮彈”繼續(xù)使其他點(diǎn)陣原子產(chǎn)生離位形成二級(jí)碰撞原子；依次類推，三級(jí)離位碰撞原子及其后面碰撞原子原子的產(chǎn)生構(gòu)成了所謂的級(jí)聯(lián)碰撞過程（二級(jí)以下的各級(jí)次碰撞原子均為次級(jí)碰撞原子）。碰撞過程可以分為彈性碰撞和非彈性碰撞：彈性碰撞不會(huì)改變?cè)咏Y(jié)構(gòu)；非彈性碰撞導(dǎo)致原子處于激發(fā)態(tài)。中子輻照不僅會(huì)發(fā)生上述級(jí)聯(lián)碰撞過程中產(chǎn)生缺陷，而且還會(huì)誘發(fā)材料嬗變反應(yīng)同樣對(duì)材料造成很大損傷。原子核通過（n,γ)，(n, p)，(n, np)和(n,α)嬗變反應(yīng)與入射中子生成穩(wěn)定的或具有放射性的原子核（嬗變反應(yīng)同時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致材料化學(xué)元素計(jì)量發(fā)生決定變化）。在聚變堆環(huán)境中，材料內(nèi)主要通過(n,α)嬗變反應(yīng)導(dǎo)致材料內(nèi)部聚集大量的 He 原子。中子輻照在材料內(nèi)部產(chǎn)生的輻照損傷如圖 1.2示意[9]。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院近代物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TG146.413

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2551958