核结构材料辐照缺陷及Cu析出机制的正电子湮没谱学研究

核反应堆第一炉壁材料（PRVS）中的结构材料在高辐照、高温、高应力和强腐蚀环境等极端条件下的结构稳定性，是核设施安全稳定运行的基本保障。本项目以FeCu模型合金的研究为出发点，主要利用正电子谱学技术研究FeCu合金辐照损伤缺陷形成及变迁机制。通过辐照模拟实验研究辐照损伤对材料的结构、力学性能和长期稳定性的影响，如不锈钢辐照效应中Cu的析出沉积导致材料严重脆化的现象。结合透射电子显微镜和同步辐射装置，通过表征辐照缺陷结构、Cu的辐照析出及团簇化结构，研究合金中辐照缺陷的形成和变迁、Cu的和团簇化及其受微观缺陷对微小Cu纳米颗粒析出过程的影响等机制。从辐照过程中组织演变对结构性能的影响机制上探讨提高材料在高温、高应力条件下，抗辐照、抗腐蚀和抗蠕变的合金化途径，为设计和开发新型核结构材料奠定实验基础，为核设施的安全稳定运行的评价提供参考依据

核反应堆第一炉壁材料（RPVS）中的结构材料在高辐照、高温、高应力和强腐蚀环境等极端条件下的结构稳定性，是核设施安全稳定运行的基本保障。本项目以FeCu模型合金的研究为出发点，主要利用正电子谱学技术，对FeCu合金微观缺陷的变迁机制和Cu原子的析出现象的微观机理进行了研究；对辐照损伤缺陷形成及变迁、辐照诱发Cu原子析出的微观机理进行了研究；对合金中辐照缺陷的形成和变迁、Cu原子的团簇化、微观缺陷对微小Cu纳米颗粒析出过程的影响等机制进行了研究。.实验采用不同Cu含量的FeCu二元合金作为研究对象，分别为Fe、Fe-0.15%Cu、Fe-0.3%Cu、Fe-0.6%Cu、Fe-1.0%Cu、Fe-1.5%Cu。选用99.999%纯铜和99.95%纯铁作为原材料熔炼获得实验样品。对熔炼后样品内复杂微观缺陷的形态、缺陷热回复机制和Cu原子的迁移机制等现象进行了正电子湮没谱学测试和分析，实验初始样品均经过1173K淬火处理。淬火样品中的少量空位型缺陷与Cu原子相互作用，合金中Cu原子偏析的主要诱因之一。研究了空位型缺陷热回复和Cu原子析出过程，并对FeCu合金形变缺陷的形成和热回复、Cu原子的迁移和偏析、Cu析出物对合金中缺陷的形成和演变行为的影响等进行了系统性研究。特别是在823K热时效实验中，合金中形成了微小Cu纳米析出物，对合金机械性能的影响表现出与Cu偏析物迥异的结果。实验同时采用了Fe离子、He离子进行辐照，用慢正电子束流技术研究了辐照缺陷的形成和热回复过程及其对Cu原子的迁移和偏析行为的作用。研究表明，辐照缺陷的形成受Cu原子的浓度和分布结构的影响，辐照缺陷从原子尺度上促进了Cu原子的偏析行为，而微小Cu纳米颗粒的存在对空位型缺陷具有一定的束缚作用，延缓了缺陷的回复和Cu偏析物的团簇化过程。.正电子湮没谱学在表征微观缺陷方面，具有独特的探测技术和表征能力。采用正电子湮没寿命谱和多普勒展宽能谱，能有效定性地甄别缺陷的类型、大小和密度。多参数测量技术和慢正电子束流技术，应用到正电子湮没位置（缺陷）周围化学环境（元素）的甄别、样品表面微观缺陷的深度分布和特定深度位置的缺陷及周围化学环境的分布等分析表征方面。实验中对FeCu合金微观缺陷、Cu原子偏析、辐照效应等研究问题进行了系统地表征分析。