抗辐照纳米金属多层膜的制备、表征及机理研究

新型耐辐照材料的研究一直是核科学研究的一个重点，面对第四代先进核能系统对材料提出的耐高温、高压、强腐蚀和强辐照的新要求，本项目拟制备一种纳米金属多层膜新型耐辐照材料。利用加速器-离子注入机双束辐照装置对金属多层膜进行单束和双束辐照，精确模拟反应堆内各种因素对材料的辐照影响。运用电子显微学从原子尺度层面研究辐照导致的缺陷在极端条件下的动力学行为，揭示金属多层膜的抗辐照机理，掌握辐照损伤与机械能演变的规律，制备出抗辐照性能优异的纳米金属多层膜。将这种金属多层膜材料应用于核反应堆内结构材料，可大大提高反应堆的工作温度，提高反应堆的热效率，提升反应堆的安全性和可靠性，降低反应堆运行成本等。

纳米多层膜材料由于具有丰富的界面，能够吸收大量辐照导致的缺陷、阻挡缺陷的扩散和聚集，因而大大降低缺陷的浓度和缺陷团簇的形成，从而大幅提高材料的抗辐照性能。本项目开展了Ag/V金属纳米多层膜制备与离子辐照研究，发现小周期多层膜在界面吸收大量He原子并形成小气泡，而大周期多层膜在层内出现大尺寸气泡。运用透射电镜聚焦电子束辐照气泡，原位观察到了多层膜界面吸收气泡的过程。同时在国际上率先研究了CrN/AlTiN陶瓷纳米多层膜的抗辐照性能，首次证明了陶瓷多层膜材料体系具有优异的抗辐照性能且其抗辐照性能依赖于周期厚度。纳米孔道薄膜中丰富的孔道表面同样是缺陷沉降的理想位置，课题组在国际上首次提出并证明了纳米孔道材料的优良抗辐照及气体释放能力，气体释放率最高可达79%。项目研究期间发表SCI论文35篇，授权专利2件，申请专利10件，参加国际会议4次，国内会议3次。培养和正在培养博士硕士研究生24人。