低活化钢中氦、氢及位移损伤的协同作用

针对低活化钢（即降低放射活性马氏体/铁素体钢）在高能中子或高能质子辐照下产生严重的位移损伤和大量的嬗变He和H，引起至今仍未解决的低温辐照脆性这一关键问题，在该联机装置上采用自离子、He和H离子辐照低活化钢，系统研究其微观结构的变化规律和硬化规律，探索Fe、Fe+He、Fe+H、Fe+He+H离子辐照中He、H和位移损伤的协同作用，鉴别He、H离子在低活化钢的辐照行为中各自的作用和混合作用，研究低温辐照硬化的敏感因素，并探索辐照缺陷的结构、微相结构和低温辐照脆性的形成机制，以期获得对当前低活化钢研究中的这一重要课题有所突破，为改进低活化钢的成分、工艺提供科学依据。

作为未来聚变堆和其他先进核能系统重要的候选结构材料，低活化钢在高能中子辐照和大量嬗变氢和氦的协同作用下，将产生严重的损伤和性能退化。这种协同作用及其机理研究是近年来国际上的热点课题。本项目以低活化马氏体钢及其原型钢P92钢为对象，开展了不同温度、不同剂量下的Fe、Fe+He、Fe+H、Fe+He+H离子辐照和氩离子辐照实验，研究了氢氦及离位损伤协同作用对辐照缺陷、辐照肿胀、辐照偏析和析出、辐照硬化等行为的影响。我们从实验上观察到氦和氢及离位损伤各自对辐照肿胀协同效应的不同贡献；在位错环研究中观察到存在一个决定位错环伯格斯矢量类型的临界温度和剂量，初步观察到了氢氦协同作用对位错环的影响，并在低离位损伤率和高氦剂量下发现了超大位错环现象；氢和氦也能对辐照析出行为和析出物的非晶化行为产生可观察到的作用，并且与低活化钢的合金化元素成分有关；氢氦协同作用显著增强了辐照硬化。多束离子辐照研究发现，适当提高钛元素的含量有利于增强低活化钢的辐照稳定性。这些结果不但有助于理解氢氦及离位损伤协同作用机理，也为改进材料设计以抑制协同效应提供了科学依据。