【摘 要】
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钼（Mo）及其合金由于优异的高温力学性能、良好的蒸汽环境稳定性、以及氧化不产生氢等特点,被视为耐事故容错燃料包壳的优异候选者之一。但是,在核电堆芯中服役时,燃料包壳材料将遭受粒子（中子、裂变产物、Gamma射线、α粒子等）辐照,高能粒子与材料中原子的相互作用不可避免地产生位移级联,从而形成由自间隙原子（SIAs）和空位基本辐照缺陷。由基本辐照缺陷形成的间隙/空位错环、空位、气泡、空穴和堆垛层错四面
【基金项目】
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国家自然科学基金U1967211,11975191和U1832112; 中广核研究院有限公司的CNPRI,2015ZX06004001
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钼（Mo）及其合金由于优异的高温力学性能、良好的蒸汽环境稳定性、以及氧化不产生氢等特点,被视为耐事故容错燃料包壳的优异候选者之一。但是,在核电堆芯中服役时,燃料包壳材料将遭受粒子（中子、裂变产物、Gamma射线、α粒子等）辐照,高能粒子与材料中原子的相互作用不可避免地产生位移级联,从而形成由自间隙原子（SIAs）和空位基本辐照缺陷。由基本辐照缺陷形成的间隙/空位错环、空位、气泡、空穴和堆垛层错四面体等辐照缺陷将导致核材料部件的性能恶化和寿命降低。因此,研究Mo及其合金的辐照行为尤为重要。本文对纯Mo块体、Mo-0.25La合金块体和管材等三种样品分别进行了 H+和Au+的离位辐照实验,并通过TEM、GIXRD、纳米压痕、慢正电子湮灭等对样品的微结构与纳米压痕硬度进行了测试与分析。同时对纯Mo进行了原位He+辐照及其随后的实时原位退火实验,以及进行了原位He+-H2+混合束辐照,利用TEM原位分析了辐照缺陷与位错环的演变特征,研究了辐照损伤机理以及氢氦协同效应等。400℃下Au+辐照至50dpa后,样品均未出现明显的非晶化现象,添加La元素在一定程度上减缓了材料的退化。Au+辐照对纯Mo造成的辐照硬化程度最大,纯Mo和Mo-0.25La合金块体的HIrr/HUnirr比率均随着深度增加先升高后降低,纯Mo的临界深度为200nm,而Mo-0.25La合金为214nm。辐照硬化值与位移损伤量呈幂函数关系。400℃下,H+辐照导致样品的辐照缺陷浓度增加,S参数随辐照剂量的增加而增加,W参数则相反。La元素虽然未显著改变样品辐照前后的缺陷类型,但显著抑制了辐照缺陷的产生。H+辐照导致纯Mo和Mo-0.25La合金块体与管材的硬度均增加、弹性模量均降低;在Mo金属中添加微量La元素显著降低了材料的辐照硬化值,提高了抗辐照硬化能力。辐照硬度增加量与辐照损伤量呈幂函数关系。在400℃的原位He+辐照下,位错环的密度随着辐照剂量的增加而增加,同时会由于位错网络的作用达到饱和值6.98×1021/m3。位错环的平均尺寸也随着辐照损伤的增加而增长,但达到19nm后逐渐稳定。位错网络对位错环的形核过程产生了显著阻碍,同时大量位错环被网络吸收导致其密度显著下降。晶界显著地抑制了形核和团簇生长,形成了位错环的贫化带。但随着辐照剂量的增加,贫化带的宽度变窄。He+造成的总损伤值和平均位错环面积均在0.21dpa达到峰值。而位错环引起的硬化程度随附照剂量的增加而增加,达到0.61GPa后基本上保持稳定。纯Mo辐照至0.07dpa时两类位错环的比例＜100＞:1/2
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