铍组件堆内长期服役后的尺寸测量

铍是核反应堆内的重要反射层材料,其辐照后的尺寸变化对反应堆的安全性具有重要的影响。为获得铍组件堆内长期服役后的尺寸变化,以对其堆内的服役性能评价提供基础数据,设计并加工了一套高放样品远程转运平台,使用三坐标测量机完成了绵阳SPRR-300堆内铍组件的尺寸变化测量实验。实验测量结果表明,SPRR-300堆的铍组件在服役29 a后,在最高中子通量高达6.78×1021 cm?2的辐照环境下,铍组件外形尺寸总体上保持良好,截面有微量的收缩变形,最大形变约0.13 mm,这表明在长期中子辐照环境下,辐照蠕变是导致铍组件尺寸变化的主要原因。     

6061-Al合金的自离子辐照损伤效应

铝合金是国内外研究堆的主要结构材料,在前期300#研究堆主要结构材料铝合金辐照性能研究的基础上,通过离子辐照研究6061-Al合金的微观结构损伤和引起的硬度变化,以开展较高辐照剂量下6061-Al合金损伤效应的前期探索。结果表明,经过自离子辐照后,6061-Al合金中产生了夹角为72°的位错环等缺陷,随着辐照剂量从0.218×1016 cm?2增加到4.367×1016 cm?2,缺陷密度明显增加,但选区电子衍射表明合金保持了很好的晶体结构,并没有发生非晶化。纳米压痕测试表明,不同辐照剂量下,样品中产生了不同程度的硬化,且微观硬度随着辐照剂量的增加而增加,当剂量增加到2.183×1016和4.367×1016 cm?2时,辐照硬化达到饱和,约为11%。研究结果可为初步预测较高中子辐照剂量下6061-Al合金结构和性能的变化提供数据支撑。     

ST嬗变堆中心柱的中子学及中子辐照效应研究

基于先进核数据库ENDF/B-VI和计算机程序对ST嬗变堆中心柱的中子学及辐照损伤的二维分析计算结果，分别对中心柱导体因中子辐照影响而引起电阻率、电阻、电流和欧姆电阻功率等的沿径向不均匀分布，以及辐照损伤对中心柱热工水力问题及更换寿命的影响进行了分析和计算。结果表明，中子辐照直接改变了中心柱导体材料的电阻率分布。热工-水力学分析和计算表明，电流不均匀分布可显著地延长中心柱的使用寿命，并估算出ST嬗变堆中心柱设计的更换寿命大约8年。     

混合堆第一壁中子辐照损伤模拟

利用蒙特卡罗程序和辐照损伤程序,通过构建模型,对常用的第一壁材料W,Fe,Be的中子辐照造成的离位损伤、裂变气体产生量进行了模拟计算,结果表明,混合堆与纯聚变堆相比,可以明显降低对第一壁材料的损伤要求。在W,Fe,Be三种材料之中,对于纯聚变堆来说,Be的离位损伤最小;对于混合堆来说,W的离位损伤、裂变气体产生量最低。从中子辐照损伤的角度来说,Be更适宜作纯聚变堆的第一壁材料,而W则更适宜作混合堆的第一壁材料。     

聚变堆中子对第一壁辐照损伤的计算机模拟研究

用蒙特卡罗方法建立了适用于静态复成分非晶态靶的中子和带电粒子辐照损伤连接模拟程序，在模拟带电粒子级联碰撞时，特别考虑了替位碰撞，修正后的ＤＰＡ值比未考虑时减少了１０％－２０％；同时统计了ＤＰＡ中反常替位所占的比例。用此程序模拟研究了聚变堆中子对两种第一壁候选材料的辐照损伤，计算了中子辐照在材料中引起的ＰＫＡ。气体产生率，ＤＰＡ以及它们的深度分布，计算结果表明，中子引起的辐照损伤基本上为均匀的体损伤     

中子辐照诱导钨再结晶的模拟研究

钨作为未来聚变堆偏滤器靶板的候选材料,需要长期服役在高温且受到高能中子辐照的严峻环境,这将导致钨发生中子辐照诱导再结晶,从而提高钨发生沿晶脆断的可能性,威胁偏滤器的运行安全,因此研究中子辐照诱导钨再结晶的物理机制具有重要意义.然而,与最近高通量同位素反应(HFIR)堆高温下中子辐照实验观察到的结果相比,目前考虑辐照增强再结晶驱动力效应的模型低估了中子辐照对再结晶的影响,结果表明仍有其他效应影响再结晶过程.基于此,本文在假设晶界迁移率与自体扩散系数成正比的前提下,引入辐照增强晶界迁移因子(R),建立了新的辐照诱导再结晶动力学模型.模拟结果显示,在综合考虑辐照增强再结晶驱动力和晶界迁移效应后,模型计算出的850℃下达到一半再结晶分数所需要的时间(t_X=0.5)和HFIR堆中子辐照实验结果相符,这表明辐照增强晶界迁移效应是影响辐照诱导再结晶现象的重要因素之一.另外,模型研究了不同辐照温度下钨的t_X=0.5.结果表明辐照与未辐照的t_X=0.5差别随温度升高而逐渐下降.这是因为随着温度的升高,辐照缺陷复合加剧,辐照缺陷对再结晶驱动...     

辐照损伤对钨晶格热导率影响的分子动力学研究

钨是最具应用前景的面向等离子体候选材料,但核聚变堆内强烈的辐照环境会使钨的近表面区域产生辐照损伤,进而影响其关键的导热性能.本文构建了包含辐照损伤相关缺陷的晶体钨模型,并采用非平衡分子动力学的方法定量研究了这些缺陷对钨导热性能的影响.结果表明,随中子辐射能量的增加,晶体内部留下的Frenkel缺陷数目增多进而导致钨的晶格热导率降低;间隙原子比空位更易于向晶界偏聚,且钨中的间隙钨原子与空位相比,使晶格热导率下降程度更大.纳米级氦气泡导致晶格热导率的显著降低,气孔率为2.1%时晶格热导率降至完美晶体的约25%.这些不同的缺陷造成不同程度的周围晶格扭曲,增加了声子散射几率,是导致晶格热导率下降的根源.     

中子预辐照损伤对钨中氢滞留行为影响机制的多尺度模拟

高温等离子体作用下的中子辐照损伤和氢氦滞留行为一直是聚变堆钨基材料面临的两个关键问题,尤其是预辐照损伤对氢氦滞留的协同作用。鉴于制约因素的复杂性和实验上的困难,相关基础问题的理论研究至关重要。我们基于发展的顺序多尺度模拟方法研究了多晶钨的中子预辐照损伤及其对低能（20 eV）氢注入下缺陷动力学演化和氢滞留分布的影响。通过定量对比有无中子预辐照的多晶钨中氢的滞留行为,我们发现中子预辐照损伤产生的稳定空位团簇作为新的氢捕获点,加剧了氢在近表面处的滞留和表面损伤,限制了其向深度的扩散,从而导致了低能氢滞留量的急剧增加。相关结果将直接为实际等离子体环境下聚变堆钨基材料的辐照损伤和氢氦效应提供理论指导与预测。     

质子与中子辐照对电荷耦合器件暗信号参数的影响及其效应分析

对科学级电荷耦合器件(charge-coupled device, CCD)进行了质子和中子辐照试验及退火试验, 应用蒙特卡洛方法计算了质子和中子在CCD中的能量沉积, 分析了器件的辐射损伤机理. 仿真计算了N⁺埋层内沉积的位移损伤剂量, 辐照与退火试验过程中主要考察暗信号的变化规律. 研究结果显示, 质子与中子辐照均会引发暗信号退化, 其退化的规律与位移损伤剂量变化一致; 退火后, 质子辐照所致CCD暗信号大幅度恢复, 其体暗信号增加量占总暗信号增加量的比例最多为22%; 中子辐照引发的暗信号增长主要为体暗信号. 质子和中子在N⁺埋层产生相同位移损伤剂量的情况下, 两者导致的体暗信号增长量相同, 质子与中子辐照产生的体缺陷对体暗信号增长的贡献是同质的.     

SiC/C界面辐照性能的分子动力学研究

本文通过分子动力学模拟的方法,研究了5种含不同空间结构的SiC/C界面的材料受辐照后的缺陷分布随时间以及PKA位置的变化关系,并与单质SiC中缺陷分布情况进行对比.利用径向分布函数分析了辐照对界面原子排列情况的影响.研究结果表明,SiC/C界面的抗辐照能力明显低于SiC内部,不同的空间结构对界面缺陷数量存在一定影响.由径向分布函数推得界面区域石墨原子密度高则界面原子排列情况受辐照影响越大.     

Magnetic domain structure and thermal stabilization of laser treatment zones in soft magnetic materials

A combined effect of laser treatment and introduced fine-grained weakly magnetic impurity Mg–P–B defects on the magnetic structure and physical properties of anisotropic electrotechnical materials has been investigated. Specific features of changes in the type and behavior of the magnetic domain structure under different types of deformation (laser irradiation, scratching, and introduction of interstitial defects) have been revealed. The physical basis and optimum conditions of increase in thermal stability of local laser treatment zones in soft magnetic alloys have been determined. The obtained results open the prospects of decreasing magnetic losses in soft magnetic alloys and producing magnetic materials with a high level of physical and mechanical properties that are more resistant to operating conditions.     

预应力对熔石英损伤的影响

采用ANSYS进行形变-应力模拟。对不同应力状态下的熔石英表面进行三倍频激光损伤测试,结果发现,预加压应力为0~50 MPa时损伤阈值有明显提高的趋势,用应力耦合作用对此给出了解释:0~50 MPa的预加压应力可以降低和抵消激光辐照产生的张应力破坏,大于50 MPa预应力的耦合作用会使得该处机械性能下降,另外,损伤增长在预应力存在时更容易发生。因此,0~50 MPa预加压应力时的表面预应力可以提高熔石英的抗激光辐照能力。     

High temperature defects in electron irradiated semiconductors HgCdTe,PbSnTe

The peculiarities of defect formation in n- and p-type conductivity HgCdTe and PbSnTe crystals after electron irradiation (2 MeV, 300 K) up to 2 × 10¹⁸ cm^-2 are examined. It has been found that irradiation results in formation of n-type conductivity crystals with final parameters that are determined by the composition of initial samples. The annealing of radiation defects occurs in the 360–470 K temperature range. It has been believed that the change of HgCdTe, PbSnTe properties after electron irradiation at 300 K are connected with formation of radiation defects, including Te vacancies.     

Structure,impurity composition,and photoluminescence of mechanically polished layers of single-crystal silicon

The introduction of optically active defects (such as atomic clusters, dislocations, precipitates) into a silicon single crystal using irradiation, plastic deformation, or heat treatment has been considered a possible approach to the design of silicon-based light-emitting structures in the near infrared region. Defects were introduced into silicon plates by traditional mechanical polishing. The changes in the defect structure and the impurity composition of damaged silicon layers during thermal annealing (TA) of a crystal were examined using transmission electronic microscopy and x-ray fluorescence. Optical properties of the defects were studied at 77 K using photoluminescence (PL) in the near infrared region. It has been shown that the defects generated by mechanical polishing transform into dislocations and dislocation loops and that SiO₂ precipitates also form as a result of annealing at temperatures of 850 to 1000°C. Depending on the annealing temperature, either oxide precipitates or dislocations decorated by copper atoms, which are gettered from the crystal bulk, make the predominant contribution to PL spectra.     

钨/石墨烯/钨面向等离子体复合材料力学与热学及耐辐照性能衰减的第一性原理计算

通过第一性原理计算研究了钨/石墨烯/钨复合材料相比于纯钨金属在力学与热学性质方面的变化,并用氦原子-空位缔合缺陷模拟核聚变辐照损伤评估等离子体辐照条件下的性能。计算结果表明：钨/石墨烯/钨复合材料的体积弹性模量、杨氏模量与剪切模量呈现一定程度的下降,但是提升了钨基材料的延展性;钨/石墨烯/钨复合材料的热膨胀系数有所增加,但是具有较高的最小热导率。本文阐述了石墨烯界面层可以对基体杂质与缺陷进行吸附的独特机制,通过这种机制,钨/石墨烯/钨复合材料在力学、热膨胀系数以及最小热导率有更低程度的衰减,这显示了钨/石墨烯/钨复合材料在抗辐照性能方面具有较大的应用潜力。     

The Effects of Morphological Properties of Henequen Fiber Irradiated by EB on the Mechanical and Thermal Properties of Henequen Fiber/PP Composites

The aim of this study was to investigate the effects of electron beam (EB) irradiation on the morphological properties, crystallinity and surface area of henequen fiber and on the mechanical and thermal properties of henequen fiber reinforced polypropylene (PP) composites. The structure of henequen fiber was characterized by X-ray diffraction, mercury porosimetry and BET surface area analysis. The EB irradiation of 10 kGy led to the increasing of crystalline and surface pore area of henequen fiber, which contributed to the number of interlocking places with PP. From the results of tensile and impact strength tests, the highest value was observed for the composite reinforced with the henequen fiber treated with EB dose of 10 kGy, decreasing overall as EB dose increased. This tendency was also shown by coefficient of thermal expansion (CTE) measurements, but the value of CTE decreased until 50 kGy, meaning that a large total surface area can provide many interlocking places and so improve adhesion between fiber and matrix. Therefore, it can be concluded that the optimum pore surface area by 10 kGy irradiation contributes to successful mechanical interlocking between fiber and matrix and consequently enhances the mechanical and thermal properties of the composites.     

300#研究堆寿期内上联箱铝材中子注量分析

材料在辐照过程中所受的中子注量是辐照性能研究中的一个重要参数。上联箱铝材作为300#研究堆关键结构材料,经历了从反应堆首次临界到退役的全过程,极具材料辐照效应研究价值。为获取整个反应堆运行寿期内的上联箱中子注量水平,须克服堆芯装载变化频繁与堆芯不断扩大装载两大关键难点,故提出了堆芯归并等效计算方法。通过该方法的成功应用,得到了300#研究堆寿期内上联箱铝材的中子注量,并进行了误差分析。     

金纳米管力学性能的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法, 研究了金纳米管沿不同晶向拉伸与压缩载荷下的力学性能, 并分析了金纳米管的半径对其力学行为的影响. 在模拟计算中, 采用镶嵌原子势描述金原子之间的相互作用. 模拟结果表明, 在拉伸及压缩过程中, 不同晶向的金纳米管力学性能相差较大, 在拉伸和压缩载荷下金纳米管<110>向的屈服强度最大; 在三个晶向<100>, <110>, <111>的金纳米管中, <100>晶向的金纳米管其屈服强度和杨氏模量都远远小于其他晶向. 研究结果还发现, 当纳米管的半径小于3.0 nm时, 金纳米管的屈服强度没有大的变化, 而当半径大于3.0 nm后, 随着半径的增大, 其屈服强度明显降低. 关键词： 分子动力学模拟 金纳米管 力学性能