C276合金质子辐照损伤模拟及活化分析

C276合金是先进核电站燃料元件包壳的候选材料之一。本工作采用TRIM程序分别计算10和20MeV质子辐照C276所产生的辐照损伤,比较分析能损、离位原子、DPA等参数分布。同时使用FISPACT-2007程序进行活化计算,对放射性活度、衰变余热及接触剂量率等参数进行了详细分析。结果表明：辐照损伤主要来自电子能损的贡献,高能质子与靶原子发生碰撞的几率较低。C276经同种能量质子辐照后,活化特性随着辐照时间的增长而增加。辐照时间相同时,高能质子会对材料产生更大的影响。本工作为后续的辐照损伤分子动力学模拟及计划开展的质子辐照实验提供支持。     

7 W辐照效应随剂量变化研究

加速器驱动洁净能源系统（ADS）是核能可持续发展的一种创新的技术路线。散裂中子源是ADS的三个主要组成部分之一，产生强度约为10^18s^-1的中子，驱动临界堆。作为ADS系统的窗和靶材料，受高剂量的质子和中子辐照，其累积剂量率每年可以达到约200dpa。如此高的剂量，会产生严重的辐照损伤，导致ADS系统的故障或造成不堪设想的事故。钨用作ADS系统散裂中子源的窗和靶材料，需要对辐照损伤效应进行研究。本工作研究钨辐照损伤随辐照剂量的变化。现有中子和质子源强度低，不能直接用于ADS所遇到的高剂量的辐照效应研究，采用重离子辐照模拟方法研究高剂量中子或质子辐照在钨中产生的辐照损伤。     

位移损伤效应对AlGaN/GaN HEMT器件的影响

对AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)分别进行3 MeV质子辐照和14 MeV中子辐照实验。3 MeV质子辐照下累积注量达到1×10¹⁵ cm^-2或14 MeV中子辐照下累积注量达到2×10¹³ cm^-2时，AlGaN/GaN HEMTs饱和漏电流下降，阈值电压正向漂移，峰值跨导降低。分别对3 MeV质子辐照和14 MeV中子辐照后的AlGaN/GaN HEMTs进行深能级瞬态谱(DLTS)测试。3 MeV质子辐照后缺陷浓度下降降低了反向栅极漏电流，而14 MeV中子辐照会导致缺陷浓度增加，使得反向栅极漏电流增加。根据质子和中子辐照后的缺陷能级均为(0.850±0.020) eV,推断缺陷类型均为氮间隙缺陷，质子辐照和中子辐照后氮间隙缺陷的位移导致的位移损伤效应是AlGaN/GaN HEMT器件电学性能退化的主要原因。     

国产RPV钢质子辐照的巴克豪森噪声研究

采用240 ke V质子对国产反应堆压力容器(RPV)钢试样进行辐照。辐照注量为0.25×1017~5×1017cm-2(对应位移损伤量0.05~1 dpa)范围。对辐照试验分别进行巴克豪森噪声(MBN)检测和辐照样品的显微硬度测试,研究MBN信号与辐照注量和力学性能之间的关系。结果表明:MBN信号对辐照缺陷非常敏感,随着辐照损伤量增加MBN信号先快速降低,随后又开始升高,并在0.3~1 dpa区间变化趋于缓和。上述变化主要归因于材料内部磁畴壁与质子辐照缺陷的相互作用。显微硬度测试表明:质子辐照后材料呈显著的辐照硬化趋势;同时通过显微硬度与MBN信号对比发现,MBN信号与显微硬度存在显著的线性关系。     

慢正电子束研究质子辐照CLAM钢产生的缺陷及其退火行为

为了研究中国低活化马氏体CLAM钢的辐照损伤机理,本文利用慢正电子技术研究了质子辐照CLAM钢时所产生的缺陷及其退火回复行为,发现辐照在材料中产生空位团数密度随质子注量增加而增多,而其尺度增大并不明显.辐照仅产生原子尺度的空位和空位团,400℃退火可以使缺陷很好地消除.此外分析了硅对CLAM钢辐照性能的影响,实验上没有观察到硅的添加抑制了质子辐照缺陷的产生.     

双能量质子束辐照晶闸管的研究

在制造快速晶闸管的过程中电子辐照已被广泛采用，但是，电子辐照在提高开关速度的同时，也会引起正向导通压降的增大。采用高能质子辐射既能提高开关速度又能尽量降低正向导通压降。由于一定能量的质子在物质中的射程是一定的，质子辐照造成缺陷或复合中心分布在一定的狭窄区域，在那里，缺陷可以有效地增加开关速度又不显著增加导通压降。本文介绍用HI-13串列加速器产生的质子束辐照晶闸管的工作。实验表明，双能量质子束的辐照效果是非常优越的。     

C276合金的抗辐照性能研究

C276合金为包壳部件的候选材料之一，本文拟对其抗辐照性能进行研究。对C276合金进行质子及多束粒子辐照，利用纳米硬度仪、透射电镜、拉曼成像仪等研究了C276合金在辐照前后的试样。结果表明：在质子及多束粒子辐照下，辐照损伤区域发生C偏析和位错环硬化；在H或He单束辐照条件下，在35.0 μm或3.5 μm深度处，拉曼光谱中的碳峰相对强度较大且碳峰红移，引起此处的纳米硬度较其他深度处的高；试验得到的损伤峰对应的深度与模拟计算得到的吻合。可推知，C276合金在质子及多束粒子下的辐照硬化是辐照偏析及可能的位错环硬化综合作用的结果。     

Zr-Sn-Nb合金质子辐照效应研究

摘要:通过HZB串列加速器用18MeV质子研究了ZrSnNb合金的辐照效应。结果表明,经1.53×1014cm-2注量的质子辐照后,辐照产生的缺陷使样品的显微硬度升高导致辐照硬化;断口分析发现辐照后在样品的一端韧窝明显变小出现脆化现象,被认为是由于质子辐照离子化损伤产生在其射程的末端——与TRIM96程序计算的结果一致。     

10 MW高温气冷堆燃料元件辐照后检验

为了评价10 MW高温气冷堆(HTR-10)用燃料元件的性能,从第1和第2生产批次中分别随机抽取两个球形燃料元件进行辐照考验.辐照考验在俄罗斯的IVV-2M堆内进行,采用动态辐照试验的方法,可分别控制每个辐照盒中燃料元件的温度和测量气态裂变产物的释放.辐照后检验包括外观检查、尺寸测量、固体裂变产物在基体石墨内的分布测量、包覆燃料颗粒破损率测量和金相观察.辐照后检验结果表明辐照没有引起燃料元件中包覆燃料颗粒的破损, 生产的燃料元件满足10 MW高温气冷堆的设计要求.     

电荷耦合器件质子辐照效应研究

利用2×6 MV串列静电加速器提供的1~10 MeV质子,开展了线阵电荷耦合器件辐射损伤效应的模拟试验和测量,研制了加速器质子扩束扫描装置及电荷耦合器件辐射敏感参数测量系统,建立了电荷耦合器件质子辐射效应的模拟试验方法,分析了质子注量、质子能量、器件偏置等对器件电荷转移效率和暗电流的影响。模拟试验结果表明,电荷转移效率随辐照质子注量的增加而下降,暗电流随辐照质子注量的增加而增大,在1~10 MeV质子能量范围内,质子能量越低,电荷转移效率的降低与暗电流的增加越显著。     

氮化镓材料中质子输运过程的模拟

对入射能量为50keV~3MeV的质子在氮化镓(GaN)材料中的输运过程进行了Monte-Carlo模拟,得到垂直入射质子在GaN材料中的输运情况、质子与晶格原子作用产生的空位分布特征。模拟结果表明：在厚度固定（3.5μm）的GaN材料中,当入射能量小于300keV时,质子束横向扩展明显,入射离子全部被阻止在材料中;随着入射能量增大,质子束横向扩展减弱,离子穿透几率增大,当能量大于500keV时,入射离子几乎全部从材料中穿出。     

Fatigue Crack Initiation in Proton-Irradiated Austenitic Stainless Steel

The effect of irradiation on slip band formation and growth and microcrack initiation behavior under low cycle fatigue in SUS316L austenitic stainless steel was investigated using accelerator-based proton irradiation and a low cycle fatigue test at room temperature in air. The mean space of the slip line in proton-irradiated specimens was 25–40% wider than that in unirradiated specimens under the same number of cycles, possibly due to localized deformation by proton irradiation. The microcrack initiation life of the proton-irradiated specimens was approximately 20% of that of the unirradiated specimens. While the microcrack initiation in the unirradiated specimens was observed at the grain boundary, twin boundary, slip band, and triple junction, that in the proton-irradiated specimens was observed only at the twin boundary and slip band, possibly due to irradiation hardening. The step-height of an extrusion near the microcrack was almost the same in the unirradiated and proton-irradiated specimens regardless of the initiation site (100–150 nm). Therefore, the microcrack initiation was considered to occur when the surface morphology change involving the extrusion exceeded the specific threshold value.     

硅对低活化马氏体钢电子辐照行为的影响

利用超高压透射电子显微镜研究了两种成分的低活化马氏体钢(CLAM钢)的辐照损伤行为。结果表明：电子辐照能在未添加硅的CLAM钢中产生辐照空洞;在450℃下辐照至14dpa时,空洞数密度约为8.7×10²¹m^－3,辐照肿胀率约为0.26％;在450℃下的辐照肿胀率明显比500℃下的高;当损伤率为2×10^－3dpa/s时,添加合金元素硅能显著提高CLAM钢的抗辐照肿胀能力,未在添加硅的CLAM钢中实验观察到辐照空洞的形成。在450℃下进行辐照时,添加硅的CLAM钢出现明显的辐照共格析出现象。     

Ag-In-Cd芯体辐照后化学成分的计算

Ag-In-Cd芯体的辐照肿胀规律是评价控制棒堆内运行安全性的基础。辐照后Ag-In-Cd芯体的成分变化是引起肿胀的主要物理原因,但目前尚未看到定量计算成分变化的研究报道。本文根据Ag-InCd芯体中各核素的嬗变反应方式和反应截面,建立描述芯体成分变化的微分方程组,编写该微分方程组的数值计算程序,计算预测芯体成分随热中子注量的变化规律。当热中子注量为1.5×1021~6.2×1021 cm-2时,芯体中各元素的含量与热中子注量之间呈较好的线性关系,而芯体表层Sn和Cd的含量会达到中心含量的2倍以上。     

Surface molecular degradation of high performance carbon/bismaleimide composites induced by proton irradiation

This work aims to identify and describe the effects of proton irradiation in ultra high vacuum environment on the surface degradation of high performance carbon/bismaleimide composites used in aerospace. The changes in surface molecular structure and surface chemical composition with increasing irradiation fluence were studied by Attenuated total reflection Fourier transform infrared spectroscopy and X-ray photoelectron spectroscopy, respectively. The evolution of surface morphology and surface roughness were characterized by atomic force microscopy. The results indicated that the proton irradiation caused surface degradation of the carbon/bismaleimide composites by altering their surface chemical structure and surface morphology. The surface chemical bonds were broken largely and the extent of carbonification at the surface layer of the composites was enhanced with increasing irradiation fluence. The increment in the carbon concentration and the sharp reduction in the oxygen and nitrogen concentration with increasing irradiation fluence were caused by the emission of some oxygen-containing and nitrogen-containing small molecules from the material surface under high vacuum environment. The surface roughness firstly increased under the fluence lower than 5 × 10¹⁵ cm⁻², and then decreased after the irradiation fluence increased to some extent.     

10 MeV Proton Radiation Effect on 8-Transistor CMOS Star Sensor Performance

为分析星敏感器性能下降和姿态测量精度下降的原因,研究了10 MeV质子辐照下8T全局曝光CMOS图像传感器（CIS）电离总剂量（TID）效应和位移损伤效应对星敏感器典型性能参数的影响。分析了CMOS图像传感器暗电流、暗信号非均匀性和光响应非均匀性随位移损伤剂量（DDD）的变化规律和星敏感器星对角距精度、质心定位精度随DDD的退化规律。该研究从系统角度分析了空间辐射对星敏感器性能参数的影响,为星敏感器在轨姿态误差测量和修正技术的研究奠定基础,同时也为高精度星敏感器的设计提供了一定的理论依据。     

利用MCNPX模拟钴-60辐照装置研发样品吸收剂量的研究

本文采用高能粒子输运程序MCNPX2.5.0对钴-60辐照装置建立几何模型,对位于辐照室中垂直于双板源架中心点3 m处的研发样品的吸收剂量（率）进行模拟计算。根据实际生产,选择辐照室有或无辐照产品两种工况,一是分别模拟12种不同包装规格且不同质量研发样品在不同辐照时间的吸收剂量;二是模拟计算包装规格相同且质量不同的10种样品的吸收剂量率;三是模拟计算包装规格不同但质量相同的9种样品的吸收剂量率。结果表明,在辐照室有或无辐照产品两种工况下,后者的值比前者平均大4.19倍;三类研发样品的吸收剂量（率）及变化规律可以作为实际生产研发的参考。MCNPX理论模拟计算对于辐照新产品具有重要的实际指导意义。     

A study on the effects of the proton flux on the irradiated degradation of GaAs/Ge solar cells

Low-energy proton irradiation is one of the important factors which affect applications of GaAs solar cells in space. The proton flux encountered in orbit is much lower than that used during ground-base radiation experiments, thus ground-based experiments are a so-called accelerated simulating process. In this paper, effects of the proton flux on the degradation of GaAs/Ge solar cells using I-V measurements are investigated. The results indicate that low-energy irradiation seriously damages the solar cells. Regardless of the proton energy, the radiation flux shows no influence on the degradation process of the solar cell. The mechanisms for these effects are discussed in detail here.     

弥散核燃料等效辐照肿胀计算模拟

本文将弥散核燃料芯体看作一种特殊的颗粒复合材料,利用细观计算力学的方法,假设燃料颗粒在芯体中周期性分布,建立了对芯体等效辐照肿胀进行计算模拟的有限元模型。考虑颗粒的辐照肿胀和基体材料的辐照硬化效应,分别建立了燃料颗粒和基体材料的应力更新算法,编制了用户材料子程序,在Abaqus软件中实现了芯体等效辐照肿胀的有限元模拟。计算分析了颗粒大小和体积含量对芯体等效辐照肿胀的影响,并得到了等效辐照肿胀的拟合公式。研究结果表明,影响芯体等效辐照肿胀的主要因素是颗粒的辐照肿胀和体积含量。