新型含高硅低活化铁素体—马氏体钢辐照损伤研究

发布时间：2020-09-23 06:51

　　 ADS是目前国际上公认的核废料处理的最佳手段。由于内部环境的恶劣(强辐照,高温,强腐蚀),ADS对其结构材料的要求也变得极为苛刻。材料问题始终是制约核能发展的关键因素之一。辐照损伤过程能使材料的结构以及机械性能发生恶劣的变化(如：辐照蠕变、高温He脆以及相不稳定性等),材料性能的退化严重地影响着反应堆在运行过程中的安全性与经济性。低活化铁素体-马氏体钢所具备的多个方面的优点(优异的抗辐照肿胀性能,低活化,成熟的工业化生产),使其成为了第四代反应堆首选候选结构材料。由于目前缺乏具有相应能谱的中子测试堆,利用现有的堆型对材料进行测试很难在短时间内进行有效的评价。鉴于载能离子辐照可以人为的控制辐照参数,费用低,并且可以短时间内达到材料在反应堆服役年限内累积的损伤水平。为了能够快速的对候选材料进行筛选,载能离子辐照被认为是一种有效的补足。中国科学院近代物理研究所和金属研究所合作研发出了一种新型含高硅低活化铁素体-马氏体(NHS)钢,旨在成为中科院ADS项目的候选结构材料。本论文以NHS钢为研究对象,利用载能离子在不同温度下辐照,对NHS钢的抗辐照性能以及内部缺陷的信息进行了研究,并对其进行了评价。一、利用320kV高压实验平台提供的500keV离子束,在室温,300℃,450℃以及750。C下分别对NHS钢样品进行He注入。使用慢正电子束-多普勒展宽谱(DBS)对样品近表面区域的缺陷信息进行分析；并且还利用透射电子显微镜(TEM)对样品损伤峰值区He泡的形成进行了表征。测试结果表明,不同温度下He的注入,导致样品近表面区域缺陷的分布有着显著的差异。而在300-450℃的温度区间内,存在着He原子扩散机制转变的温度点。TEM结果对上述现象给予了有效的证实。二、利用兰州重离子加速器提供的196MeVKr离子在室温、450℃和550℃下对NHS钢／T91以及国产RAFM钢进行辐照,通过TEM的观测,对比研究三种不同材料抗辐照肿胀的能力。研究发现,国产RAFM以及T91钢在450℃下,均出现了孔洞尺寸双峰分布的形貌。550℃下,材料内气泡的平均尺寸均相对减小。相比较而言,NHS钢在450℃和550℃下,均呈现出较为优异的抗辐照肿胀能力。原因可能在于材料中的Si元素对孔洞肿胀起到了抑制作用。除此之外,还使用了DBS以及背散射穆斯堡尔谱(CEMS)对NHS钢的近表面区域缺陷形态作了相应的研究。CEMS结果表明,在NHS钢的近表面区域并未发生相变。450℃辐照条件下,结构混乱程度较低。DBS结果表明,在相对较高的辐照温度下,热激活形成的空位占主导,并且随着温度的提高,空位型缺陷与自间隙子的复合也开始变得较为显著。
【学位单位】：兰州大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2014
【中图分类】：TL341

【参考文献】