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利用灰控制棒来控制核反应性可以显著减少反应堆冷却剂的日常处理,明显简化化学与容错控制系统及其运行,在短时间内显著降低成本,而且使核反应堆更加安全可靠。基于镧系钛酸盐材料的优良性能,其将被广泛应用于中子吸收材料。本论文通过高能球磨,冷等静压和高温烧结等工艺制备了镧系钛酸盐中子吸收材料,并对烧结样品的性能进行测试和分析。利用掠入射X射线衍射仪(GIXRD),扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)等方法对块体材料辐照前后的性能进行测试、分析和表征,深入研究了材料经轻重离子辐照前后的性能演变规律。将球磨48h的Ln2Ti2O7和Ln2TiO5粉末分别在1500℃和1300℃下烧结24h后,获得单一物相的烧结块体,且制备的块体具有良好的力学性能。Tb2TiO5-Dy2TiO5和Tb2Ti2O7样品经过400keV Kr+辐照,由于X射线穿透深度随入射角α变化而变化,所测试的非晶含量随入射角变化先增大后减小,当入射角为0.5°时测试所得的非晶含量达到最大值,分别为79.24%和89.11%。Ln2Ti05样品的非晶含量随辐照剂量呈非线性增大,根据GIXRD图谱,可以初步判断在抵抗非晶化能力上Tm2TiO5材料最强,Tb2TiO5和Dy2TiO5材料次之,而由Tb2TiO5和Dy2TiO5机械混合的Tb2TiO5-Dy2TiO5材料在抵抗非晶化能力上最弱。同样,烧绿石材料的非晶化程度也随辐照剂量的增大而增大,可以判断Tb2Ti2O7非晶化程度大于Dy2Ti2O7和Tm2Ti2O7。然而在轻离子(He+)辐照实验中,钛酸盐材料很难发生非晶化转变。另一方面在400℃ Fe+辐照实验中,由于高温易使材料发生再结晶从而导致Tm2TiO5始终保持良好结晶态。最后通过比较Tb2TiO5-Dy2TiO5材料在室温下100keVFe+和高温下400keV Fe+辐照后的GIXRD图谱,可知在较低的入射能量辐照时,不容易使材料发生非晶化转变。经重离子辐照后,Tb2TiO5-Dy2TiO5样品的部分晶体由正交结构转变为萤石结构,然后才开始非晶化。而在Tb2Ti2O7辐照实验中,烧绿石结构将完全转变为萤石结构。另一方面在轻离子(He+)辐照实验中,Tb2TiO5-Dy2TiO5样品由正交结构完全转变为萤石结构而且没有发生非晶化现象,同时Tm2TiO5晶体始终保持立方结构。对于Tm2Ti2O7材料,当轻离子辐照剂量为1×1017ion/cm2时,Tm2Ti2O7烧绿石结构中约有51.39%转变为萤石结构。当辐照剂量达到1.5×1017ion/cm2时,样品已经由烧绿石结构完全转变为萤石结构。镧系钛酸盐材料经轻重离子辐照后,均发生晶格肿胀现象。辐照后样品的晶格体积随辐照剂量的增大而增大。然而在Tm2TiO5材料的重离子辐照实验中,当辐照剂量达到1.15×1016 ions/cm2时,其辐照层的体积变化率略有减少,体积增长率由原来的2.03%下降为1.85%。对于三种烧绿石材料,在较高的辐照剂量下其晶格肿胀程度较为相近,而在较低辐照剂量下其晶格肿胀程度相差较大。此外,在Tm2Ti2O7材料的He+辐照实验中,烧绿石和萤石结构相的体积均表现为随辐照剂量的增大而增大。当辐照剂量为1.0×1017ion/cm2时,烧绿石结构体积变化率为1.2%高于萤石结构体积变化率1.01%。同时在400keVKr+辐照后,辐照样品表面的局部出现剥落现象,当位移损伤达到24dpa时,Tb2TiO5-Dy2TiO5样品相对于Tm2TiO5样品的表面,出现更多的剥落和裂纹。可见在相同辐照条件下,Tm2TiO5样品的抗辐照能力强于Tb2TiO5-Dy2TiO5样品。同理可得Tm2Ti2O7样品的抗辐照能力强于Tb2Ti2O7样品。