氦离子辐照非晶态合金的表面损伤研究

用扫描电子显微镜研究了室温下氦离子辐照Fe77Ni5B18等 10种非晶态合金的表面形貌。氦离子的能量为 4 0keV和 6 0keV ,总注量为 1.0× 10 18— 4 .0× 10 18He/cm2 。对于不同的注量和不同的材料 ,观察到了层离、发泡、剥落、发泡破裂、二代发泡和多孔结构等多种表面损伤类型。测量了泡的直径和剥落泡皮的厚度 ,并讨论了表面损伤类型和初现的临界注量与材料种类和离子能量的关系。     

高温He离子辐照GH3535合金的损伤效应

采用500 keV的He离子在750 ℃下对GH3535合金样品进行辐照,然后利用掠入射X射线衍射（GIXRD）、透射电子显微镜（TEM）和纳米压痕仪分别对样品的氦泡和位错环辐照缺陷的演化及纳米硬度的变化进行了研究。结果表明,GH3535合金晶格辐照后发生了轻微畸变;离子辐照在样品中形成了大量尺寸为2～5 nm的氦泡和位错环。辐照产生的氦泡和位错环等缺陷在基体中钉扎位错,从而使材料产生了辐照硬化现象,样品硬度随辐照剂量的增加而增大。当辐照剂量达2×1016 cm-2时,辐照样品发生了明显的硬化饱和现象,利用Nix Gao模型计算得此时的硬化程度为64%。     

低能氦离子辐照诱导的钨材料结构演化

在温度为923 K、氦离子流强为7×10~(21) m~(-2)·s~(-1)的条件下,考察了低能氦离子辐照对钨材料表面结构的影响。采用扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope,SEM)、导电原子力显微镜(Conductive Atomic Force Microscope,CAFM)、称重法、X射线衍射(X-ray Diffraction,XRD)以及电子背散射衍射(Electron Back-Scattered Diffraction,EBSD)对辐照后钨材料的结构演化规律进行了分析。SEM和CAFM的研究表明,在辐照初期样品表面形成了纳米尺寸的氦泡,随着辐照剂量的增加,氦泡的尺寸和密度逐渐增加,最终引起钨表层的剥落。质量损失和溅射产额的分析结果表明,钨材料表层的剥落是钨损伤的主要形式。SEM、XRD和EBSD的分析证实了辐照后钨样品的表面形貌变化与晶体取向之间具有很强的关联性。研究结果表明,相对于(101),氦原子更容易在(111)和(001)等晶面上吸附、扩散和聚集,这些研究结果将为面向等离子体材料的优化设计提供有用的参考。     

600℃下氦离子辐照316L不锈钢氦泡形成的研究

在聚变堆与快堆中，高能中子通过（ｎα）反应在结构材料中产生大量的氦。氦聚集形成氦泡，引起材料各种性能的下降；特别是高温下氦流到晶界形成氦泡，使材料发生脆性断裂。对材料中氦泡的形核及长大规律的研究是研究材料中氦脆的基本机制及堆辐照环境中材料微观结构变化...     

氦离子辐照烧结碳化硅损伤效应研究

利用中国科学院近代物理研究所320 kV高压平台提供的氦离子辐照烧结碳化硅,辐照温度从室温到1 000 ℃,辐照注量为1015~1017 cm-2。辐照完成后,进行退火处理,然后开展透射电子显微镜、拉曼光谱、纳米硬度和热导率测试。研究发现,烧结碳化硅中氦泡形核阈值注量低于单晶碳化硅。同时,氦泡形貌和尺寸与辐照温度、退火温度有关。另外,对辐照产生的晶格缺陷、元素偏析进行了研究。结果表明,辐照产生了大量的缺陷团簇,同时氦泡生长也会发射间隙子,在氦泡周围形成间隙型位错环。在晶界处,容易发生碳原子聚集。辐照导致材料先发生硬化而后发生软化,且热导率降低。     

195keV Ar^＋辐照非晶态合金表面损伤形貌的研究

用扫描电子显微镜观测研究了室温下１９５ｋｅＶＡｒ＋辐照非晶态合金Ｃｏ（６０）Ｆｅ（１２）Ｎｉ（１０）Ｓｉ６Ｂ（１２）和Ｆｅ（３９）Ｎｉ（３９）Ｖ２Ｓｉ（１２）Ｂ８在各剂量阶段的表面损伤形貌。结果表明，表面损伤是发泡和溅射相互竞争的过程。低剂量下，表面损伤以发泡为主；而在高剂量时，表面发泡消失，溅射造成的多孔粗糙表面损伤结构形成。对高剂量时表面发泡消失的可能机制作了探讨。     

高温下He^＋辐照316L不锈钢时氦泡的形态及氦的俘获

用ＴＥＭ观察６００℃下氦离子辐照３１６Ｌ不锈钢中氦泡的形态及分布，发现氦浓度比较低时，氦泡优先在位错线上形成；随着氦浓度的增大，氦泡在基体中均匀分。在晶粒内及晶界处，拟泡都呈多面体形状，观察的晶界片不存在氦不民的优先生长现象。     

辐照温度对钨材料表面微结构的影响

本文采用100 eV的He+对钨进行辐照实验,考察了辐照温度变化(室温-800°C)对钨材料的表面损伤作用。分别采用扫描电镜(Scanning Electron Microscope,SEM)、透射电镜(Transmission Electron Microscope,TEM)、导电原子力显微镜(Conductive Atomic Force Microscopy,CAFM)以及X射线衍射(X Ray Diffraction,XRD)技术对辐照后样品的微观形貌、内表面缺陷分布以及晶格结构进行了分析。结果表明,He+辐照后钨样品表面出现了纳米绒毛结构层,这种结构层组织间的间距及覆盖率都随辐照温度的增加而增加。纳米结构层会造成样品表面损伤,产生表面离域化,但不会引起钨晶相的改变。通过无损伤的CAFM检测技术证实了样品表面绒毛结构层的形成与样品内表面纳米尺寸He泡的形成有关。     

Ar离子辐照的非晶态合金表面发泡扫描电镜观测

１５０、１９５和３００ｋｅＶＡｒ离子在室温下辐照非晶态合金Ｃｏ７０．２Ｆｅ３． ９Ｎｄ３．９Ｓｉ１４Ｂ８和Ｃｏ６６Ｆｅ４．５Ｖ２．２５Ｎｉ２．２５Ｓｉ１０Ｂ１５，扫描电镜在一定的辐照剂量范围观测到了表面发泡形成，发泡形成的临界剂量和直径随离能量增加而增加。Ａｒ离子能量高于１９５ｋｅＶ时，发泡和发泡破裂是主要的表面损伤现象，而在１５０ｋｅＶＡｒ离子辐照下，未观测到发泡破裂。     

Sputtering of materials by H+, D+, T+ and He+ Ions

The sputtering yields of various materials by H⁺, D⁺, T⁺, He⁺ ions were calculated using the theoretical dependence of sputtering yields on energy and ion mass and taking into account experimental sputtering yield values, whenever available, as measured for H⁺, D⁺, T⁺, He⁺ ions.     

用正电子湮没技术研究新锆合金包壳的离子辐照效应

国产Zr-Sn-Nb系新锆合金SZA-4和SZA-6是CAP1400大型先进压水堆包壳材料的主要候选材料,对其辐照性能的研究可为制备工艺改进提供科学依据。在中国原子能科学研究院HI-13串列加速器辐照终端,在300 ℃温度下,用100 MeV的Fe束流对两种新锆合金包壳管材进行5 dpa剂量辐照。辐照前后的正电子湮没寿命测量表明：两种样品辐照前湮没寿命为Zr中单空位寿命,表明管材制备过程中最后的退火温度和时间尚未完全消除加工引入的缺陷;两种样品辐照后的正电子湮没寿命减小,分析表明这是由于辐照导致Fe在锆合金中重新分布,主要分布在bcc结构的β-Nb沉淀相颗粒与hcp结构的α-Zr基体之间具有开空间的相界,正电子被相界捕获,与周围Fe原子电子湮没,造成湮没寿命减小。     

Xe~+离子辐照诱导国产T91及316Ti钢微结构变化研究

对国产T91及316Ti钢进行室温下200keV的Xe~+离子辐照,使用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)等检测方法研究不同损伤剂量下辐照对材料相的稳定性和微观结构变化的影响。研究结果表明:T91钢辐照后未发生明显相变,而316Ti发生了γ(FCC)→α(BCC)的马氏体相变,且随辐照损伤剂量的增加,α相含量增加,相变的主要驱动力为辐照离子在辐照层的聚集从而产生的剪切应力;T91钢中的M_(23)C_6颗粒随辐照损伤剂量的增加,非晶化越来越明显,主要是由于辐照粒子的轰击削弱了M_(23)C_6颗粒晶格的稳定性,晶格塌陷成为非晶状态;316Ti钢在较低辐照损伤剂量(4.6dpa)下出现黑斑结构,而在高辐照损伤剂量(37.1dpa)下黑斑结构进一步聚集形成位错环。     

跨玻尔速度能区Xe~(23+)离子与Ne原子碰撞中的电子过程

本文用飞行时间符合技术实验研究了跨玻尔速度能区(入射离子速度为0.65~1.32a.u.,a.u.为玻尔速度)高电荷态离子Xe23+与Ne原子碰撞中的多电子过程,通过分析符合二维谱获得各反应道(靶原子的电子丢失、电子转移以及伴随电离的电子丢失)的相对截面,并与拓展的过垒模型及相关的经验公式进行了对比,结果与过垒模型符合相对较好。     

离子注入聚碳酸酯表面力学性能改变研究

将B^ 和O^ 离子分别注人到高分子化合物聚碳酸酯(PC)中，PC的表面显微硬度和耐磨性能均得到了较大提高。用纳米硬度计测量注人前后PC的显微硬度，硬度提高了7～25倍。用球盘式磨损实验机测量注人前后PC的耐磨性能，磨痕的宽度比未注人的窄，最窄的磨痕(或最窄处)为未注人磨痕宽度的1／3～1／2。傅里叶变换红外光谱(FTIR)测试表明，注人前后高分子的结构发生了变化。     

α粒子和Kr~+对CaCeTi_2O_7的辐照损伤的Monte Carlo模拟

为研究高能粒子辐照条件下CaCeTi_2O_7基体的微观损伤机制,利用蒙特卡罗软件包SRIM模拟α粒子和Kr~+在0.1~10.0 MeV入射能量范围内,CaCeTi_2O_7的阻止本领、能量损失、平均投影射程和空位分布。结果表明,当不同能量的α粒子入射时,平均投影射程为0.43~40.32μm,平均一个α粒子在单位纳米深度产生的空位数约为10~23个,CaCeTi_2O_7以电子阻止本领为主,能量主要以电离能损的方式损耗;当不同能量的Kr~+入射时,平均投影射程为0.04~2.76μm,平均一个Kr~+在单位纳米深度产生的空位数约为106~2 488个,随着入射粒子能量的增加核阻止本领逐渐减小,电子阻止本领逐渐增加,能量损失方式由声子能损向电离能损方式转变。入射角度由0°增加至75°时,α粒子入射造成的损伤区深度由14.5μm减小至4.0μm,Kr~+入射造成的损伤区深度由1.57μm减小至0.2μm。     

60Co γ射线辐照剂量对明胶特性和结构的影响

本文以0～60 kGy ⁶⁰Co γ射线辐照的明胶为对象,研究了辐照剂量与明胶的黏度、胶凝特性、力学性能、蛋白组分、分子质量的关系。结果表明：明胶的特性黏度、相对黏度、凝胶强度、断裂伸长率、分子质量与剂量呈良好的负相关;明胶的γ、β、α链含量随剂量的增加而减少,大分子链的降解伴随着小分子多肽链混合物的增加,相对分子质量分布逐渐加宽;明胶膜的断裂强度升高而断裂伸长率下降;辐照后明胶表面结构致密而平滑。在有限水和无限氧气存在条件下,辐照明胶以降解为主,同时伴随着少量的交联,剂量越大,反应程度越高。     

钴/锰印迹半胱氨酸-壳聚糖对低浓度Mn~(2+)和Co~(2+)的选择性吸附

同时以硝酸锰和硝酸钴为印迹分子,采用溶胶凝胶法和反相悬浮法结合制备了交联壳聚糖微球(Co/Mn-CCTS),并通过与半胱氨酸的氨基官能团接枝合成了钴/锰双印迹半胱氨酸-壳聚糖树脂(CysCo/Mn-CCTS)。采用傅里叶红外光谱、扫描电镜对其结构进行了表征,并进行了干扰离子存在下低浓度Co2+和Mn2+静态、动态以及竞争吸附实验。静态实验结果表明,双印迹半胱氨酸-壳聚糖树脂较非印迹树脂的吸附性能有较大提高;干扰离子存在下,树脂对Co2+、Mn2+二元混合溶液中Co2+的吸附性能优于Mn2+,且对Co2+的吸附容量超过Mn2+的16倍。溶液的pH值、温度、吸附时间、干扰离子以及金属离子初始浓度均对树脂的吸附性能有较大影响,树脂对Co2+、Mn2+的吸附过程符合Lagergren准二级动力学和Langmuir模型。动态吸附实验表明,树脂对Co2+、Mn2+的吸附符合Thomas模型,对二者的穿透体积分别为308BV与506BV。     

Surface Irradiation Damage of 316 Stainless Steel,Vanadium and Molybdenum by Helium Ion Bombardment

Molybdenum, V and 316 stainless steel were irradiated with 50~150 keV He ions at the temperatures between 413 and 1,298K for total doses ranging 1× 10²²~10ײ³ m^?2, and the characteristics of the surface damage were compared. Severe exfoliation was observed in all of these materials for the irradiation at 413±110 and 748±25K. The number of exfoliated skins was larger than that in literature, and increased nearly in proportion with the total dose. It increased in the order Mo<316SS<. When the dose was low, the amount of erosion increased rapidly with total dose, but tended to be saturated for higher doses than 3×10²² m^?2. It increased in the order Mo<V<316SS at 413±110K, while in the order 316SS<Mo<V at 748±25K. At higher temperatures than 923 K, blisters and porous surface were formed and the exfoliation of skins ceased. The amount of erosion increased with increasing incident ion energy in the energy range between 50 and 150 keV at 413±110K for a total dose of 1×10²² m^?2.     

通过测量模拟样品中236U与238U原子个数比估算燃耗的探索研究

自然界中²³⁶U与²³⁸U原子个数比约10^-14,不同反应堆类型及核燃料辐照情况辐照后的核材料中²³⁶U与²³⁸U原子个数比不同,一般为天然²³⁶U与²³⁸U原子个数比的10⁷～10¹¹倍。通过测量环境样品中的²³⁶U与²³⁸U原子个数比可探知取样点附近进行过的辐照活动、环境污染的来源及对应核燃料的燃耗。本研究使用配制的模拟样品,建立了多接收电感耦合等离子质谱（MC-ICP-MS）技术测定²³⁶U与²³⁸U原子个数比的方法以及估算核燃料燃耗的工作方案,并与其他燃耗计算方法比较,燃耗的相对偏差约10%。