强粒子辐照引起材料结构和性能演化机理的研究

强粒子辐照（高能离子、高能流密度粒子束辐照）非常适合于开展核聚变能装置内强核辐照、高温和应力等极端恶劣条件下材料结构和性能演化的模拟研究。本项目针对尚未解决的科学问题，以兰州重离子加速器国家实验室和磁约束核聚变研究国家重点实验室提供的强粒子辐照实验条件（GeV能量重离子、>1MW/m2粒子束等）为依托，重点开展：核聚变能装置候选结构和功能材料中粒子辐射损伤的实验研究，建立高能粒子辐照参数与材料中辐照效应特别是与材料中氢、氦行为和微观结构变化之间的联系，以及高温和应力条件对材料中辐照效应的影响；理论与实验相结合，探索高能离子和高能流密度粒子束辐照引起材料损伤的过程及其演化规律，初步建立材料中高能离子束辐照与中子辐照效应的评价关系；探索强化材料抗强辐射特性的技术和方法，为我国未来建造核聚变能装置进行材料选择提供重要的实验数据和科学依据，同时为开发具有特种功能的抗辐射材料及其应用做出探索性贡献。

先进核能装置如快中子堆、第四代反应堆、未来聚变堆内“极端恶劣”环境（强辐射、高温、随时间变化的热和机械负载、强腐蚀等）以及长时效(>30年)会导致结构材料的恶化，进而严重影响结构材料的宏观性能。因此，结构材料的安全、可靠、高性能成为工程上面临的主要问题。强粒子辐照（高能离子、高能流密度粒子束辐照）非常适合于开展核聚变能装置内强核辐照、高温和应力等极端恶劣条件下材料结构和性能演化的模拟研究。.本项目针对离子与中子辐照损伤等价性这一尚未解决的科学问题，以兰州重离子加速器国家实验室和磁约束核聚变研究国家重点实验室提供的强粒子辐照实验条件（GeV能量重离子、>1MW/m2粒子束等）为依托，着重开展了核聚变能装置候选结构（CLAM钢、T91钢、CLF-1钢、W等）和功能材料（LiTaO3、Li4SiO4等锂陶瓷）中粒子辐射损伤的实验研究，建立高能粒子辐照参数与材料中辐照效应特别是与材料中氢、氦行为和微观结构变化之间的联系，以及高温和应力条件对材料中辐照效应的影响；通过理论与实验相结合，探索了高能离子和高能流密度粒子束辐照引起材料损伤的过程及其演化规律，为我国未来建造核聚变能装置进行材料选择提供重要的实验数据和科学依据，同时为开发具有特种功能的抗辐射材料及其应用开展探索性研究。.1..自主建立和发展国内第一套在线高温（RT－1200℃）-应力（0－1GPa）材料高能离子辐照实验装置以及相应的实验方法。.2..完成CLAM钢和T91钢中载能离子辐照损伤效应实验研究，研究表明，T91钢的抗辐照肿胀的能力优于CLAM钢。.3..开展了低活性铁素体/马氏体钢CLF-1的氦滞留和热解析行为研究，该研究有助于认识聚变堆中等离子体与结构材料的相互作用。.4..开展了多种离子在氚增殖材料LiTaO3中引起的辐照效应以及氘离子注入硅酸锂的化学状态和热解析行为研究，这些研究有助于为未来聚变堆中氚增殖材料选择提供重要的实验数据。.5..He离子注入高纯钨引起了材料发生硬化，我们认为辐照硬化与He离子产生空位型缺陷相关。.6..利用分子动力学方法模拟研究纳米尺度Fe-Cu二元系统中的辐照损伤产生演化过程表明该系统具有潜在的抗辐照损伤的能力。同时，开展了聚变堆中面向等离子体材料（Fe 、Cu 、W）辐射损伤（dpa）及产氦的计算研究。