高注量辐照下RPV钢后期激增相析出机理研究

The process of embrittlement in nuclear reactor pressure vessel (RPV) steels will be accelerated by the Late blooming phase (LBP) produced under high dose irradiation conditions. LBP has been a key issue for the safe operation and limited the service life of RPV. However, the precipitation process of LBP is not clear. In this project, proton irradiations produced by high energy particle accelerator on RPV steel（Chinese 16MND5, French 16MND5 and Japanese A508-3) will be carried out in order to emulate the neutron irradiations. Combined with the technical characteristics of high-resolution TEM and 3DAP, the type, precipitation process, size and distribution of LBP will be carefully researched, the role of dislocation loops and micro-void induced by proton irradiation in the formation and evolution of LBP will be illustrated, and the mechanism of LBP precipitation will be revealed. High dose irradiation damage model in RPV steel will be established based on the macro-data of mechanical properties. The project will help understand the mechanism of high dose irradiation damage of Chinese steel, provide technical support for more accurate assessment of service life of RPV materials, and provide a theoretical basis for optimizing material design and controlling the irradiation embrittlement process of materials.

核反应堆压力容器（RPV）钢在高注量辐照条件下产生的后期激增相（LBP相）会加速材料脆化，已成为危及RPV安全和制约其服役寿命的关键。本项目拟以RPV钢（国产16MND5钢、法国产16MND5钢、日本产A508-3钢）为研究对象，开展加速器质子辐照试验，系统研究辐照注量对RPV钢微结构的影响规律，结合3DAP和TEM高分辨能力，对LBP相的类型、析出过程、尺寸和分布等进行精细研究，利用微结构的高分辨像结果阐明微空洞、辐照位错环在LBP相形成和演化中的作用，揭示LBP相析出机理，建立RPV钢高注量辐照损伤模型。本研究将深化对RPV钢辐照损伤机理的了解，为优化材料设计、控制材料辐照脆化过程提供理论依据，为准确评估在役核电站RPV材料辐照行为提供技术支持。同时，本项目研究包含的国产RPV材料成果，会为我国在役核电站RPV安全分析、寿命评估和寿命管理提供基础依据，具有重要的科学研究意义和应用价值。

伴随核能的快速发展，核安全也越来越得到人们的广泛关注。反应堆压力容器（RPV）作为核反应堆的核心关键构件之一，是核电站全寿期内唯一不可更换的核设备，其寿命直接决定整个反应堆的寿命。核反应堆压力容器（RPV）钢在高注量辐照条件下产生的后期激增相（LBP相）会加速材料脆化，已成为危及RPV安全和制约其服役寿命的关键。. 本项目以RPV钢为研究对象，设计并开展了加速器质子辐照试验，系统研究辐照注量对RPV钢微结构的影响规律，综合利用GIXRD、PAS和TEM对辐照后样品的显微组织进行了系统的分析，利用3DAP和TEM高分辨能力，结合第一性原理计算，对LBP相形成及演化过程进行了分析，并提出了相应的演化模型。结合对辐照后样品的硬度、弹性模量和电性能测试结果，分析了辐照硬化和脆化效应。结果发现，随辐照注量增加，弹性模量无显著变化，但硬度逐渐上升，表现出较明显的辐照硬化效应。晶粒内部形成大量的1~2nm球形团簇/析出相，心部主要为Ni，外层主要为Ni-Si；而在位错处则形成了Mn-Ni-Si型析出相。Mn原子首先与缺陷结合形成Mn-缺陷复合体，随后由于Mn-Ni和Ni-Si之间存在较强的结合力，逐渐演化形成Mn-Ni-Si和Ni-Si型析出相。