中国低活化马氏体钢聚变中子辐照损伤机制研究

目前国际上普遍认为低活化体素体/马氏体（RAFM）钢是聚变反应堆的首选结构材料，虽然它具有优越的性能，但高流强14MeV聚变中子辐照将在材料内部引起辐照缺陷及氦，使材料力学性能退化，服役寿命降低和风险的增加，因此，辐照损伤研究成为RAFM钢研究热点。聚变中子辐照损伤影响因素复杂，目前国际上由于没有强流聚变中子源，通常用裂变中子来模拟研究辐照缺陷，但难以产生氦，而且氦与辐照缺陷的协同作用及对力学性能的影响机制也尚未阐明。本研究拟对中国低活化马氏体（CLAM）钢采用散裂与裂变中子辐照相结合的方法来模拟聚变中子辐照损伤，可以通过散裂反应和硼掺杂技术引入氦，结合系列退火实验测试辐照前后力学性能和观察微观结构，分析辐照缺陷及氦对力学性能的影响机制，同时结合分子动力学进行模拟研究，可为提高CLAM钢抗辐照性能及优化制备工艺提供实验依据和理论指导。本研究对聚变堆结构材料的早期应用和长期服役具有重要意义。

本基金针对聚变堆首选结构材料低活化铁素体/马氏体（RAFM）钢的聚变中子辐照损伤机制，主要研究中国自主知识产权的低活化钢CLAM钢的中子辐照损伤，采用散裂与裂变中子辐照相结合的方法来模拟聚变中子辐照损伤，测试辐照前后力学性能和观察微观结构，主要分析了辐照硬化和脆化效应，并探索了辐照缺陷及氦对力学性能的影响机制。主要内容及成果包括：.1）利用中国高通量工程试验堆HFETR，进行了CLAM钢的裂变堆中子系列>1dpa和>2dpa辐照实验，获得了国内首次低活化钢的ITER剂量水平（1.25dpa）中子辐照实验性能数据，包括拉伸和冲击性能测试，分析了中国低活化钢的辐照硬化和脆化等效应，为TBM国产结构钢的可行性提供了实验数据；.2）利用瑞士散裂中子源SINQ，开展了CLAM钢的散裂中子辐照实验，是国产低活化钢的首次高剂量（最高达22dpa）高能中子辐照系列实验（STIP-V、STIP-VI、STIP-VII），其实验参数达到国际先进水平；.3）进行了CLAM钢在电子/氦的双束辐照实验，辐照损伤剂量最高达17.5 dpa， He产生浓度为10 appm He/dpa，是国内首次开展低活化钢的双束辐照及氦泡观察实验，观察了辐照后微观结构的改变，分析了辐照空洞和氦泡产生和演化过程，以及辐照肿胀。