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。     

高能重离子辐照的低活化钢硬化效应

为了探讨聚变堆候选低活化钢的抗辐照性能,在兰州重离子加速器国家实验室HIRFL的材料辐照终端,利用63 MeV的~(14)N离子和336 MeV的~(56)Fe离子在-50?C下对一种国产低活化钢进行辐照实验.借助离子梯度减能装置,使入射离子能量在0.22—6.17 MeV/u之间变化,从而在样品表面至24μm深度范围内产生0.05—0.20 dpa的原子离位损伤坪区.利用纳米压痕仪测试样品辐照前后的显微硬度,通过连续刚度测量(constant stiffness measurement)得到低活化钢硬度的深度剖面信息.使用Nix-Gao模型很好地描述了纳米压痕硬度随深度递减的现象(压痕尺寸效应,indentation size effect),从而有效避免了低能离子辐照的软基体效应(softer substrate effect).正电子湮灭寿命谱显示低活化钢在辐照之后长寿命成分增加,说明样品中产生了大量缺陷形成空位团,从而导致了材料力学性能的变化,在离子辐照剂量增加至0.2 dpa时,平均寿命τ_m增加量逐渐变慢,材料中辐照产生的缺陷趋于饱和.     

反应堆压力容器钢A508-3辐照硬化的剂量率效应研究

针对不同剂量率对国产反应堆压力容器钢(Reactor Pressure Vessel, RPV)A508-3辐照硬化的影响，利用3.5 MeV的Fe离子在3种不同剂量率(0.1, 0.5和 1.0 dpa/h)下将样品辐照至4个不同剂量点(0.1, 0.3, 1.0和3.0 dpa)，采用纳米压痕技术表征样品在不同辐照条件下的硬化效应。结果表明，在高剂量率(1.0 dpa/h)下，材料的硬度随剂量的增大快速增加，在0.3 dpa以后逐渐达到饱和；中剂量率(0.5 dpa/h)和低剂量率(0.1 dpa/h)下，样品硬度随剂量的变化趋势与高剂量率相似，但在0.3 dpa以后材料的硬度随剂量仍在缓慢增加。在辐照剂量低于0.3 dpa时，不同剂量率引起的辐照硬化差异较小，但在辐照剂量大于0.3 dpa时，不同剂量率辐照下的硬化效应差异显著。数据拟合结果表明，在实验剂量范围内辐照硬化的饱和值随剂量率的增加呈减函数关系。     

高功率脉冲电子束辐照SiO_2的光学和激光损伤性能

研究了不同剂量的60 kW高功率脉冲电子束辐照对高纯熔石英玻璃的微观结构、光学性能和激光损伤特性的影响规律.光学显微图像表明,辐照后熔石英样品由于热效应导致表面破裂,裂纹密度和尺寸随辐照剂量增加而增大,采用原子力显微镜分析表面裂纹的微观形貌,裂纹宽度约1μm,同时样品表面分布着大量尺寸约0.1—1μm的碎片颗粒.吸收光谱测试表明,所有样品均在394 nm处出现微弱的吸收峰,吸收强度随着电子束辐照剂量增大呈现先增加后减小的趋势.荧光光谱测试发现辐照前后样品均有3个荧光带,分别位于460,494和520 nm,荧光强度随辐照剂量的变化趋势与吸收光谱一致.利用355 nm激光研究了不同剂量电子束辐照对熔石英激光损伤阈值的影响,结果表明熔石英的损伤阈值随着辐照剂量的增加而降低.在剂量较低时,导致熔石英激光损伤阈值下降的原因主要是色心缺陷;剂量较高时,导致损伤阈值降低的原因主要是样品表面产生的大量微裂纹和碎片颗粒对激光的调制和吸收.     

高功率脉冲电子束辐照SiO$lt;sub$gt;2$lt;/sub$gt;的光学和激光损伤性能

研究了不同剂量的60 kW高功率脉冲电子束辐照对高纯熔石英玻璃的微观结构、光学性能和激光损伤特性的影响规律. 光学显微图像表明, 辐照后熔石英样品由于热效应导致表面破裂, 裂纹密度和尺寸随辐照剂量增加而增大, 采用原子力显微镜分析表面裂纹的微观形貌, 裂纹宽度约1 um, 同时样品表面分布着大量尺寸约0.1–1μm的碎片颗粒. 吸收光谱测试表明, 所有样品均在394 nm处出现微弱的吸收峰, 吸收强度随着电子束辐照剂量增大呈现先增加后减小的趋势. 荧光光谱测试发现辐照前后样品均有3个荧光带, 分别位于460, 494和520 nm, 荧光强度随辐照剂量的变化趋势与吸收光谱一致. 利用355 nm激光研究了不同剂量电子束辐照对熔石英激光损伤阈值的影响, 结果表明熔石英的损伤阈值随着辐照剂量的增加而降低. 在剂量较低时, 导致熔石英激光损伤阈值下降的原因主要是色心缺陷; 剂量较高时, 导致损伤阈值降低的原因主要是样品表面产生的大量微裂纹和碎片颗粒对激光的调制和吸收. 关键词： 熔石英 电子束辐照 色心 激光损伤阈值     

高能离子梯度多剂量辐照4H-SiC的微结构及硬度变化研究

为探讨高温高能离子辐照碳化硅后的结构和力学性能随剂量的变化，应用拉曼光谱和纳米压痕技术研究了122 MeV的20Ne4+离子梯度多剂量辐照后的4H-SiC。研究表明，SiC的相对拉曼强度随剂量的增大呈指数规律下降，并出现了代表无序化Si-C键和同核Si-Si键的散射峰。基于DI/DS模型的初步拟合表明，在低剂量范围内扩展缺陷簇是引起SiC无序化的主要因素，高剂量范围内的无序化则是由离子直接碰撞过程的非晶化和扩展缺陷簇共同引起。辐照后的SiC硬度取决于位错钉扎和共价键断裂的共同作用，在0~4.00 dpa之间硬度随剂量增大而增大，在4.00~8.05 dpa之间硬度随剂量增大而减小，剂量在8.05 dpa时，硬度相比于未辐照区域略高，此时共价键断裂和位错钉扎达到平衡。     

Ar离子辐照导致微球玻璃机械性能的变化

为研究离子辐照导致空心玻璃微球机械性能的变化,利用Ar离子辐照与空心玻璃微球组分相同的微球玻璃薄片,结合不同温度下的等时退火处理,采用纳米压痕测试方法研究了辐照前后玻璃机械性能的变化。测试结果表明:辐照后玻璃的硬度和模量均呈下降趋势,恢复阻力明显升高;退火后的未辐照样品硬度和模量呈上升趋势,恢复阻力在误差范围内没有发生变化; 退火后的模量呈下降趋势,恢复阻力呈下降趋势;在退火温度约为300 ℃时,辐照样品退火后的恢复阻力与未辐照样品基本相同。     

大块金属玻璃Al7.5Cu17.8Ni10.7Zr64的耐Ar12+离子辐照性能研究北大核心CSCD

利用能量为3 MeV的Ar12+离子辐照金属玻璃Al7.5Cu17.8Ni10.7Zr64和金属W,研究了金属玻璃的Ar离子辐照损伤,辐照剂量分别为1×1014,1×1015和1×1016 ions/cm2。XRD分析发现在不同剂量辐照下Al7.5Cu17.8Ni10.7Zr64均保持非晶为主要结构。不同剂量辐照后的金属玻璃样品表面没有明显的辐照损伤,而金属W在剂量为1×016 ions/cm2时表面出现大面积不规则的裂纹和孔洞。AFM分析显示Al7.5Cu17.8Ni10.7Zr64的表面均方根粗糙度随辐照剂量的增大而增大;辐照后金属玻璃的表面硬度略有降低,而金属W的硬度有所升高。在低于金属玻璃的玻璃化转变温度时,金属玻璃Al7.5Cu17.8Ni10.7Zr64的耐Ar12+溅射能力好于金属W。     

强流脉冲离子束辐照对金属玻璃Zr_(53)Al_(23.5)Cu_(5.9)Co_(17.6)结构和性能的影响北大核心CSCD

利用强流脉冲离子束(High Intensity Pulsed Ion Beam,HIPIB)模拟核聚变装置中的瞬态高热负荷环境,离子束成分为C^(n+)(70%)和H^+(30%)、加速电压为250 k V,研究金属玻璃Zr_(53)Al_(23.5)Cu_(5.9)Co_(17.6)和金属W在不同参数的HIPIB辐照下结构和性能的变化规律以及损伤行为。XRD显示辐照后金属玻璃均保持非晶相为主要结构,金属W中有应力产生。SEM观察在辐照次数为3和10次时金属玻璃和金属W表面都没有明显的辐照损伤现象;当辐照次数增加到100和300次后,金属玻璃表面出现了花瓣状形貌和小球,金属W表面则出现了裂纹。纳米压痕仪测量辐照后金属玻璃的表面纳米硬度随辐照次数的增加逐渐降低。Zr基金属玻璃具有较好的耐辐照性能,对HIPIB辐照时产生强的热应力的缓冲能力比金属W好。     

Xe离子束辐照硼硅酸盐玻璃和石英玻璃效应对比研究

玻璃固化体作为放射性废物地质处置的第一道安全屏障,它的耐辐照性能研究至关重要.玻璃固化体主要网络结构硅氧四面体与石英玻璃的硅氧四面体是一致的,所以这里用石英玻璃代替玻璃固化体作为研究对象.本文采用Xe离子在相同条件下辐照石英玻璃和硼硅酸盐玻璃.利用纳米压痕技术和椭圆偏振仪表征了辐照前后样品的硬度、模量以及折射率的变化情况.结果表明:硼硅酸盐玻璃和石英玻璃的硬度均随着辐照剂量的增大而减小,硼硅酸盐玻璃的模量随着辐照剂量的增大而减小;石英玻璃的模量随着辐照剂量的增大而增大.模量的变化可能和密度的变化有关,这点与折射率的结果相符.     

He+ 辐照剂量对钨纳米丝生长的影响

采用低能(50eV)大流强的He+ 辐照多晶钨材料,辐照温度1420±50K,辐照剂量从1.0×1024ions/m2逐渐增加到1.0×1027ions/m2,用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、称重等手段分析辐照后钨样品表面微观结构的形貌改变及质量损失的情况,系统的研究了He+ 辐照剂量对钨纳米丝生长的影响.结果表明,随着He+ 辐照剂量的增加,钨纳米丝的厚度最终达到饱和,由于辐照后钨表面存在致密的钨纳米丝层,进而导致到达钨纳米丝层底部的He+ 数量和能量降低,从而导致钨纳米丝生长速率显著降低,且当钨纳米丝生长速率和和钨纳米丝的侵蚀速率相等时,钨纳米丝生长将会达到平衡.     

高电荷态氙离子辐照下的6H碳化硅表面纳米结构变形（英）

高电荷态离子比普通的离子携带较高的势能,势能在材料表面的瞬间释放,能在材料表面形成nm量级的结构损伤。它在纳米刻蚀、小型纳米器件、纳米材料、超小尺寸半导体芯片制作、固体表面处理和固体结构分析等领域具有广泛应用前景。因此对高电荷态重离子（Xeq+）引起半导体材料表面（6H-SiC）纳米结构变形进行了研究。采用Xe18+和Xe26+离子,选取从11014到51015 ionscm-2逐渐递增的剂量,以垂直和倾斜60角两种入射方式辐照6H-SiC薄膜样品, 经原子力显微镜分析表明,辐照后的表面肿胀凸起。对于Xe18+离子辐照的样品,辐照区至未辐照区边界的台阶高度随离子剂量增加而连续增大,而对于Xe26+离子辐照的样品则先增加而后减小。在相同入射角和剂量条件下,Xe26+离子辐照样品形成的台阶高度大于Xe18+离子辐照形成的台阶高度,在相同离子和剂量的条件下,垂直照射时形成的台阶高度大于倾斜照射时形成的台阶高度。根据损伤机理和实验数据,首次初步建立了一个包括势能、电荷态、入射角和剂量等物理量的理论模型来预测高电荷态离子在半导体材料表面形成的纳米结构变形。暗示了高电荷态离子的潜在的应用价值及进一步研究的必要性。     

高电荷态氙离子辐照下的6H碳化硅表面纳米结构变形（英文）

高电荷态离子比普通的离子携带较高的势能,势能在材料表面的瞬间释放,能在材料表面形成nm量级的结构损伤。它在纳米刻蚀、小型纳米器件、纳米材料、超小尺寸半导体芯片制作、固体表面处理和固体结构分析等领域具有广泛应用前景。因此对高电荷态重离子(Xeq+)引起半导体材料表面(6H-SiC)纳米结构变形进行了研究。采用Xe18+和Xe26+离子,选取从1×1014到5×1015 ions·cm-2逐渐递增的剂量,以垂直和倾斜60°角两种入射方式辐照6H-SiC薄膜样品,经原子力显微镜分析表明,辐照后的表面肿胀凸起。对于Xe18+离子辐照的样品,辐照区至未辐照区边界的台阶高度随离子剂量增加而连续增大,而对于Xe26+离子辐照的样品则先增加而后减小。在相同入射角和剂量条件下,Xe26+离子辐照样品形成的台阶高度大于Xe18+离子辐照形成的台阶高度,在相同离子和剂量的条件下,垂直照射时形成的台阶高度大于倾斜照射时形成的台阶高度。根据损伤机理和实验数据,首次初步建立了一个包括势能、电荷态、入射角和剂量等物理量的理论模型来预测高电荷态离子在半导体材料表面形成的纳米结构变形。暗示了高电荷态离子的潜在的应用价值及进一步研究的必要性。     

辐照导致硼硅酸盐玻璃机械性能变化

为了模拟研究高放废物玻璃固化体在处置过程中因辐照导致的机械性能变化,本文采用5 MeV Xe离子和1.2 MeV电子辐照硼硅酸盐玻璃,利用纳米压痕技术表征了辐照前后样品的硬度和模量,并利用傅里叶变换衰减全反射红外光谱测试,研究了辐照导致玻璃机械性能变化的微观机理.结果表明:当能量沉积达到6.6×10~(21)keV/cm~3时,Xe离子辐照样品的硬度和模量下降都达到饱和,其中硬度下降约24%,模量下降约7.4%;电子辐照后样品的硬度和模量也有轻微下降,但在实验所用剂量范围内硬度和模量下降未出现饱和现象,当吸收剂量达到最大值(1×10~9 Gy)时,硬度和模量分别下降约4.7%和2.9%.分析表明:Xe离子辐照后样品的恢复阻力增大,韧性提高,整体机械性能提升,而电子辐照后样品的机械性能无明显变化.研究结果证明了离子辐照导致玻璃机械性能变化的主要因素是离子在样品中的核能量沉积.     

质子辐照对MQ硅树脂增强的加成型硅橡胶质损及热性能的影响

 采用空间综合辐照模拟设备研究了100 keV和150 keV能量的质子辐照对MQ硅树脂增强的加成型硅橡胶的损伤及其对硅橡胶热性能的影响。试验结果表明：质子辐照后，硅橡胶表面出现损伤裂纹，随辐照能量和剂量的增加，裂纹的数量增多，裂纹增大；质子辐照后，硅橡胶的质量有所损失，其质损率随辐照能量和剂量的增加而增加；质子辐照后硅橡胶的耐热性随辐照剂量的增加先略有增加而后下降，经辐照后的硅橡胶在玻璃态和玻璃转变区的温度区间内收缩率降低，而在高弹态的温度区间内膨胀率增加。     

氦离子注入4H-SiC晶体的纳米硬度研究

4H-SiC晶体经能量为100 keV,剂量为3×10¹⁶ cm^-2的氦离子高温（500 K）注入后,再在773—1273 K温度范围内进行了退火处理,最后使用纳米压痕仪测量了样品注入面的硬度.测试结果表明,在500—1273 K温度范围内样品的硬度随退火温度升高呈现先增大后减小再增大的趋势,其中773 K退火样品的硬度增大明显.分析认为,退火样品的硬度变化是由退火过程中缺陷复合与氦泡生长导致样品内部的Si—C键密度、键长和键角改变引起的. 关键词： SiC 注入 氦泡 纳米压痕     

真空紫外辐照对MQ增强硅橡胶热性能及光学性能的影响

 采用空间综合辐照模拟设备研究了真空紫外辐照对MQ增强加成型硅橡胶的表面形貌、质量损失、热性能及光学性能的影响。试验结果表明：真空紫外辐照后,硅橡胶表面出现损伤裂纹,随辐照剂量的增加,裂纹的数量增多;真空紫外辐照后,硅橡胶的质量有所损失,其质损率随辐照剂量的增加而增加;真空紫外辐照后硅橡胶的耐热性随辐照剂量的增加先增加而后下降;真空紫外辐照对硅橡胶材料的体膨胀/收缩变形影响不大,但对材料的光学性能有较大影响,随着辐照剂量的增加,材料的光学透过率下降。     

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.     

质子辐照硼硅酸盐玻璃盖片的物理效应分析

作为航天器电源系统的重要组成部分,太阳电池需要更高的转换效率和可靠性以及更长的使用寿命。通过在太阳电池表面覆盖抗辐照玻璃盖片,可以增强太阳电池对粒子辐射的防护,延长太阳电池的服役寿命,使航天器获得可靠的能源供应。硼硅酸盐玻璃就是一种理想的太阳电池玻璃盖片材料。采用蒙特卡罗方法,结合SRIM软件模拟研究质子辐照硼硅酸盐玻璃的损伤物理机理。基于粒子与物质相互作用的理论以及基本公式,通过分析不同入射能量的质子在硼硅酸盐玻璃中的阻止本领、电离能损、位移能损、空位的产生情况,对辐照损伤的物理机制进行研究。结果表明:能量为30~120 keV的质子辐照损伤主要发生在硼硅酸盐玻璃表面;质子沉积、空位分布等均为Bragg峰型分布;电离能损是能量损失的主要部分,随入射能量的增加而增大,导致电子的电离和激发;位移能损在玻璃内部随能量降低而增大,导致硼、氧和硅等空位缺陷的产生;电离效应和缺陷的产生是硼硅酸盐玻璃色心形成的重要原因。     

He,Au离子辐照AuCu_3致元素表面偏析

采用磁控溅射方法在单晶硅(111)衬底上制备了AuCu_3薄膜,用2 MeV He离子和1 MeV Au离子对薄膜进行辐照,用卢瑟福背散射对He,Au离子辐照前后AuCu_3薄膜近表面的成分变化进行了分析,对不同离子辐照导致的表面元素偏析行为进行了研究.结果表明:当2 MeV He离子辐照时,随着辐照剂量增大,观察到样品近表面Au元素偏析的趋势;当1 MeV Au离子辐照时,随着辐照剂量增大,观察到样品近表面Cu元素偏析的趋势,与He离子辐照相反.通过对He,Au离子在样品中产生的靶原子空位及其分布分析,发现靶原子空位浓度分布的梯度是导致两种不同表面元素偏析趋势的原因,空位扩散是其中的主要机理.