关键词:
辐照损伤
中子辐照
低活化钢
力学性能
微观结构
摘要:
能源是推动人类社会发展的动力,但是现在主要使用的化石能源不仅资源有限,而且会造成空气污染和温室效应,给人类的未来蒙上了阴霾。众多对环境友好的新型能源中,核聚变是一种非常有潜力的能源。在开发可控核聚变能时,还存在许多重要的问题。这些问题中,除了等离子体的约束等物理方面的问题外,最重要最具挑战性的就是处于核聚变反应环境下的材料问题。将来运行的核聚变反应堆中,其材料必然要承受相比于核裂变反应堆的更高剂量、更高能量的中子辐照。一般来说,核聚变堆材料在服役过程中,会受到各种粒子的辐照。这些粒子辐照会在材料中产生点缺陷,如间隙原子和空位,然后,这些点缺陷将会聚集形成更大尺寸的缺陷,如间隙原子团簇、堆垛层错四面体和空洞。最终,这些缺陷团簇将会导致材料的肿胀、硬化、非晶化、脆化等问题,这些就是辐照下材料失效的主要原因。其中中子辐照的能量最高,造成的辐照损伤效应也很显著,是聚变堆用材料研究的重要研究方向。
本论文研究了几种聚变堆用铁基材料的辐照损伤行为。
通过研究Si在低活化铁素体马氏体钢中子辐照损伤中的作用,讨论是否有必要对低活化铁素体马氏体钢中Si含量进行严格控制,实验结果表明,一定含量以下的Si不会损害低活化钢辐照后的机械性能,所以建议不必将Si视为有害的杂质元素而去除,因为去除微量Si在增加冶炼成本的同时,并没有改善低活化钢的抗辐照性能,因而是不经济的。
通过Cr在FeCr模型合金中子辐照损伤中的行为揭示了 Cr在低活化铁素体马氏体钢抗辐照性能中所起到的作用。通过APT证实了 Fe12Cr合金中辐照诱导Cr析出相,且其机制为调幅分解,富Cr析出相的形成是Fe12Cr强辐照硬化的主要原因。
利用超高压电镜进行原位电子辐照,分析了11Cr-ODS钢中Cr析出的行为,辐照诱导的Cr析出倾向于沿着共格纳米颗粒/基体界面成核和生长,但不会在球形粒子的边界形成。此外,还提出了一种用铜网遮挡进行近似原位辐照实验的方法,从而可以在缺乏原位实验的条件下进行近似原位的辐照实验,因而能够进一步促进辐照损伤基础机制的研究。
通过研究Ta对低活化钢中子辐照后放射性和力学性能的影响,讨论是否应该为了防止短期内的高残余放射性而控制低活化钢Ta含量,结论表明为了降低短期内残余放射性,应当对于低活化钢中的Ta含量进行限制。