ADS结构材料在液态铅铋合金中腐蚀与离子辐照损伤研究

核电产生的核废料尤其是长寿命核废料的最终处理、处置是世界性难题。加速器驱动的次临界系统（ADS） 是目前致力于嬗变放射性核废物、有效利用核资源及产出核能的最强有力工具。但到目前为止，作为其靶材兼冷却剂首选材料的液态PbBi 合金（LBE）环境中的腐蚀和由宽质子/中子混合谱辐照引起的结构材料性能退化问题尚未解决，它关乎着ADS系统的可行性和安全性。大量实验和理论研究表明，高能离子束辐照是模拟研究宽范围质子/中子混合谱辐照效应的有效手段。本项目根据ADS 对液态金属散裂靶结构材料的要求，针对国产结构材料的开发与检测，依托国家大科学工程HIRFL，以高能离子束辐照为主要工具，辅以LBE腐蚀实验与模拟，既分别探讨液态金属环境腐蚀和辐照损伤问题，又综合研究LBE/辐照共同作用对材料的微观结构和宏观性能的影响。期望通过努力，为我国ADS系统液态金属散裂靶结构材料的选择和国产化提供重要的数据和科学依据。

本项目利用中国科学院近代物理研究所液态金属腐蚀平台和兰州重离子加速器国家实验室HIRFL及320 kV辐照平台提供的高、中、低能重离子束（Kr、Ar、Fe、He等）对有可能用于ADS候选结构材料的国产/进口T91合金钢、Ti3AlC2相MAX金属陶瓷等材料进行了系列的LBE腐蚀、重离子辐照实验，完成了项目计划书所列的研究内容，达到了预期研究目标，取得了系列研究成果，为我国ADS相关候选结构材料的研发和国产化以及快速筛选评价提供了部分数据支持和实验技术参考。（研究了LBE腐蚀时间、辐照离子能量、种类、辐照剂量与T91钢、MAX相等材料的微结构、He泡演化、缺陷损伤、力学、磁学等性能的变化规律，对比研究了国产T91钢与日本进口T91钢对于LBE腐蚀和辐照性能的区别，提出了优化改进的配方建议；通过实验和理论模拟，系统研究了不同能区重离子在材料中的能量沉积作用过程和机制，首次明确了重离子动能和势能沉积的协同作用机制，统一了对两种不同能区和作用机制的物理认识，拓宽和加深了离子与物质相互作用中的电子转移和能量损失的相关研究。相关研究内容获邀在各类国际学术会议上做分组报告5次，国内大会分组报告2次，在国际期刊上发表了14篇相关学术论文，目前已被引用4篇18次。）