基于热电势的压力容器钢辐照脆化机理研究

Thermoelelctric power (TEP)is a chanracteristic parameter of materials, which is sensitive to the electronic structure and the defects of crystal. With it and conbined the techniques of TEM\SEM\XRD,we will investigate the nuetron and ions radiated damage of reactor pressure vessel steel. The investigation will focus on two aspects: (1) we will explore the relation behaviors between the radiated parameters(dose\time\temperature), material parameters(elements/contents) and TEP; (2) Compared macroscopic measurements of TEP and microscopic analysis of TEM\SEM\XRD, we will reveal the radiated damage and aging mechanics and process of reactor pressure vessel steel. These results will give out a criterion of radiated damage degree and state of reactor pressure vessel steel.

热电势（TEP）是材料的一个宏观非破坏性测量参数，利用它对材料的费米面结构、载流子变化以及微观缺陷敏感的特点，结合扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、显微硬度等方法，对经中子辐照（带电粒子辐照、热时效处理）的纯Fe、低Cu钢、国产反应堆压力容器钢进行分析测量。主要研究内容与目标为两方面：（1）TEP与辐照和材料关联效应研究：探索辐照参数（辐照剂量、温度、热时效参数等），以及材料参数（合金元素Cu、Ni、Mn成分及其含量）对TEP参数影响的规律；（2）RPV钢材料辐射损伤老化机理的研究：通过宏观TEP和力学冲击实验与合各种微观结构和电子态测量的比较，揭示国产RPV钢粒子辐照脆化损伤物理过程与机理。二者综合为准确预测及评估国产反应堆压力容器钢辐照脆化状态提供理论与试验依据。

本课题主要基于压力容器钢、金属材料及热电材料体系的相关研究。以热电势TEP，Seebeck系数，微观结构及各类物性为研究基础为材料的老化脆化状态评估提供理论与实验依据，并就体系热电势Seebeck系数变化物理机制等进行探讨。主要研究内容如下：改进了热电势测试技术，提出多电极热电势测量方法，适用于小Seebeck系数金属样品的测量；制备系列RPV钢的模拟损伤样品并进行了热电势Seebeck系数研究，发现损伤程度与热电势之间存在明显关联，随着老化程度的加深，Seebeck系数不断增高；进一步对模拟损伤样品微结构进行研究，找到明显韧性和脆性转变的微结构变化形貌；通过光电子能谱表面分析找到电子关联作用加强与体系热电势变化间的联系；为了加快实验进程以及凸显辐照损伤对物性的影响，制备了系列Fe薄膜并进行老化、辐照处理等，再次证实体系的Seebeck系数会随辐照损伤程度的加强而增加，同时也反映了费米面态密度变化与热电势变化的联系；研究了薄膜样品的微观硬度、杨氏模量力学特性表征；研究了纳米尺度效应对体系热电势的影响，结果表明在某些体系内，纳米复合、结构低维化等手段能够优化体系的热电性能。研究了体系的电子比热、磁性、缺陷等多种因素与热电势变化之间的物理关联机制。