氢与辐照缺陷的相互作用中的同位素效应

随着我国参加ITER项目并承担实验包层的制备任务，加快研究低活化铁素体/马氏体钢的辐照行为，具有十分重要的意义。在核聚变堆环境中，氚对材料中高能中子引起的辐照损伤会产生很大影响。由于氚实验的限制，以前多利用氢来进行模拟材料中氚与辐照缺陷的相互作用，很少考虑氢的同位素作用。本项目将在以前对氢的研究基础上，利用氘离子辐照低活化铁素体/马氏体钢，结合高压电镜下的电子辐照，以辐照缺陷的形态与形成过程、辐照空洞的产生及其材料肿胀、和合金元素的辐照偏聚与析出为主要研究内容，分析氘与氢的异同点，研究同位素效应对氢与辐照缺陷的相互作用的影响，进而对氚的行为进行推测。本研究结果将为我国开发低活化铁素体/马氏体钢提供参考数据和理论基础。

本项目在以前对氢的研究基础上，利用氘离子辐照低活化铁素体/马氏体钢，结合高压电镜下的电子辐照，以辐照缺陷的形态与形成过程、辐照空洞的产生及其材料肿胀、和合金元素的辐照偏聚与析出为主要研究内容，分析氘与氢的异同点，研究同位素效应对氢与辐照缺陷的相互作用的影响，进而对氚的行为进行推测。. 本项目的实验结果发现，与注氢试验类似，氘离子注入CLAM钢试样后，在低温时效（573K－723K）时形成填隙型位错环，当时效温度升到823K以后形成空位型位错环，当温度达到873K时，空洞产生。氘注入纯铁中可以形成D-I，D-Is，D-V，D-Vs四种氘与缺陷的复合体。在低温时效时，前两种复合体聚集后形成填隙型位错环，而在高温时效时D-V复合体聚集后形成空位型位错环，D-Vs聚集后形成空洞。. 与氢离子注入的机制也类似，氘离子注入纯铁试样中可能存在D-I，D-V，D-Is，D-Ds四种氘和缺陷的复合体。在较低温度时（R.T.-723K），只有D-I与D-Is这两种复合体可以移动，一部分这样的复合体聚集在一起就形成了间隙型位错环（I-loop）。当温度上升到另一个阶段时（723K-823K），D-V复合体开始移动。D-V复合体本身也逐渐开始聚集在一起形成空位型位错环(V-loop)。. 但是，注氢与注氘所产生的空位型环错环，吸收电子辐照产生的间隙原子后，会逐渐缩小乃至消失。不过，两种情况下的空位型位错直至消失所需的电子辐照量（辐照时间）相差近1个数量级，注氢时为0.1dpa，注氘时则为0.7dpa，所以可以认为在注氘纯铁中的偏压参量SD比注氢纯铁的偏压参量SH小。由此可以推测注氚时的空位型位错环将具有最小的偏压参量。位错的偏压参量是影响辐照空洞形成的主要因素，偏压参量越小，说明该材料越耐辐照肿胀。. 本项目还对氘离子注入后的低活化铁素体钢以及Fe-Cr模拟合金进行了仔细研究，发现与之前的氢离子辐照试验的结果类似，Fe-Cr模型合金没有进行氘离子辐照时以及室温注氘都没有析出物的产生，但是在500℃高温氘离子辐照时，样品中不仅产生了缺陷，同时还产生了特定取向的析出物。分析认为，该析出物可能为富Cr相。. 本项目的最主要贡献在于确认了氘离子注入试验结果与氢离子注入试验结果的相同性，并发现二者之间的细微区别，从而为推测氚离子情况下的试验结构提供的帮助。