【摘要】 氦通过(n,α)嬗变反应被引入核芯结构材料。氦原子可以占据中子辐照产生的空位并使其稳定以防止空位-间隙原子复合。

氦通过(n,α)嬗变反应被引入核芯结构材料。氦原子可以占据中子辐照产生的空位并使其稳定以防止空位-间隙原子复合。这些氦空位簇的大小通过吸收越来越多的空位和氦原子而增加，并最终长大形成大的氦气泡或充气空隙。这些氦气泡不利于材料的机械强度，因为它会导致反应堆核心部件中的空隙膨胀和氦脆化。空隙膨胀是一个重要问题，它限制了快堆中的燃料燃耗。在聚变反应堆中，由于存在高辐射损伤以及14 MeV聚变中子引入的大量氦和氢原子，核心结构材料的有利机械和结构性能的损失甚至更快 。除此之外，由于核嬗变反应，中子辐照将长寿命的放射性同位素引入核心结构材料。因此，为了实现聚变反应堆，必须开发对辐射损伤具有高耐受性的低活化材料。钨基合金、钒合金、SiC 和铁素体钢，尤其是还原活化铁素体/马氏体 (RAFM) 钢已被考虑作为未来聚变反应堆系统的结构材料。其中，RAFM钢被认为是示范聚变反应堆的潜在候选材料，目前正在开发材料制造技术，用于建造用于国际热核实验反应堆(ITER)的测试毯模块(TBM)。

 

在此，已经使用正电子湮没光谱研究了氢和氦相关缺陷复合物的形成及其对还原活化铁素体/马氏体钢中氦气泡的成核和生长的影响。已对分别用H和He离子辐照并依次用H和He离子辐照的样品进行了等时退火研究。由于存在辐照引起的空位型缺陷，与未辐照样品相比，所有辐照样品显示出更高的S参数。在单离子辐照样品中，氢辐照样品显示在辐照状态下存在具有高氢含量的H-空位络合物，由于在373 K时从这些络合物中释放氢，S参数增加，并在673 K退火后完全恢复缺陷。氦辐照样品显示出三个不同的退火阶段；缺陷退火阶段，S 参数从辐照温度降低到573K，气泡成核阶段S参数稳定，从573到 673 K，气泡生长区域的特征在于S参数增加，从673到973 K。在连续辐照的样品中，先用氦气再用氢气辐照的样品显示出降低的 S 参数，这是由于氢气引起的氦空位饱和或H-He-空位复合物的形成。由于在辐照后退火下形成H-He-空位复合物，两个连续辐照样品均显示 S 参数从573 K降低至673 K。在等时退火下观察到的氦气泡的成核和生长阶段与辐照顺序无关。两个连续辐照样品都显示出类似于氦辐照样品的气泡成核和生长阶段，此外，氢的存在在该阶段没有明显作用。