论文部分内容阅读
低活化铁素体／马氏体(RAFM)钢在强辐照下具有固有的稳定性、较低的辐照肿胀率和热膨胀系数、高热导率等优良的热物理特性,目前被普遍认为可作为未来核聚变示范堆和第一座核聚变动力堆的首选结构材料。本工作对中国自主研发的两种低活化铁素体／马氏体钢(CLAM钢和CLF-1钢)中氘的驻留情况、氘／氚的去除技术进行了研究。利用金相显微镜对材料的金相组织进行分析的结果表明：CLAM钢为等轴的回火马氏体相,而CLF-1钢金相组织为保持板条马氏体形态的细小回火马氏体。通过实测的氘扩散常数计算了两种钢中氘浓度分布情况,CLAM钢和CLF-1钢在500℃、500KPa及5h的充气条件下可达到氘充饱和,其氘浓度分别为7.43μg/g和5.7μg/g,在随后的室温下放置0.5h后,CLAM和CLF-1钢中的氘分别损失了23%和51%。氘热解吸实验的结果表明,CLAM钢中驻留的氘只有一个300℃左右的热解吸峰,其激活能为21kJ/mol;CLF-1钢中的氘分别有300℃及500℃两个解吸峰,解吸峰激活能分别为31kJ/mol及94kJ/mo1。两种钢中低温段解吸峰对应的氢陷阱可能为晶界和位错,CLF-1钢低温段解吸峰的激活能略高是因为其晶粒尺寸小,氘原子的扩散路径更多,CLF-1钢高温段解吸峰对应的氢陷阱是由晶界、位错等缺陷与MC碳化物复合形成的新的氢陷阱。利用热解吸法和氢同位素交换法技术去除RAFM钢中驻留的氘并利用定量热解吸谱技术对处理前后的氘量进行定量测定和去除效果评价。结果表明,对于CLAM钢中驻留ppm级的氘,利用热解吸法在100℃处理2h的条件下除氘效率达到93%,随着处理温度的升高,除氘效率最高可达98%；氢交换法在低温时对除氘效率有3%的提升,但在高温时,由于温度因素为氘释放的主导因素,氢交换对除氘效率影响很小。对于CLF-1钢驻留ppm级的氘,由于材料中存在解吸激活能较高的氢捕获陷阱,导致在100℃下驻留在解吸激活能较低的氢捕获陷阱中的氘释放后被重新捕获,使得两种方法的氘去除效率均比较低,但在在高温时氘去除效率仍可达94%。对两种钢中氘去除实验进行了氚验证。实验结果表明：由于材料中驻留氚的浓度仅为ppb级,在200℃热解吸的工艺条件下,CLAM钢和CLF-1钢的氚去除效率均比较低；然而,在引入氢交换及提高热解吸温度后,CLAM钢中痕量氚的去除效率仍最高可达92%,CLF-1钢中痕量氚的去除效率最高也可达75%。同样的处理工艺下,CLAM钢的氚去除效率比CLF-1钢高。