低能氦离子辐照对钨和钼材料的表面损伤作用

钨和钼材料具有高熔点、高热导率、低溅射率等优点成为国际热核实验反应堆计划中面向等离子体材料的候选材料。因此研究钨和钼材料的辐照损伤行为对于认识面向等离子体材料的辐照损伤机制具有重要意义。本文采用120 e V的He+在873 K对钨和钼材料进行辐照实验,利用纳米压痕仪与导电模式原子力显微镜(Conductive Atomic Force Microscopy,CAFM)相结合,原位比较了钨和钼材料在辐照前后的表面形貌、表面微结构以及表层缺陷分布的变化特征。结果表明,低能He+辐照会导致钨和钼材料的近表面产生纳米量级氦泡缺陷,这些氦泡缺陷的存在使得样品表面产生绒毛或波浪状结构。纳米压痕深度分析和扫描电镜的分析结果表明,低能He+辐照会对Mo材料产生明显的刻蚀作用。本工作对于进一步认识低能氦离子辐照对面向等离子体材料的辐照损伤作用具有一定的科学参考意义。     

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。     

低能离子注入对脱氧胸苷的辐照损伤

用紫外分光光度法测定了脱氧胸苷（ｄＴＲ）在２０ｋｅＶ Ｎ＾＋离子束辐照下残余活性Ｓ和碱基Ｔ释放量的剂量效应。发现Ｓ与样品的质量有关，且受损ｄＴＲ分子中约有５０％可产生碱基Ｔ。而强碱、强酸的后处理使这一比例显著下降，平均分别只有２３％和４１％，与γ辐射时的情况相反。     

He/H离子辐照损伤及其对ODS钢显微硬度的影响研究

为研究氧化物弥散强化铁素体钢(ODS钢)中的He/H离子协同辐照效应,本文开展了室温条件下ODS钢的He/H离子单一及复合辐照实验,并研究了辐照损伤对其显微硬度的影响。实验结果表明:He/H离子主要分布在损伤峰值附近;H离子辐照对ODS钢显微硬度的影响大于He离子;H离子的引入导致He离子低温解吸峰消失,而He离子的注量减半则使其热解吸起始温度升高;He、H离子与材料中缺陷相互作用不同是影响显微硬度及正电子寿命结果的主要因素。     

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%。     

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...     

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。     

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。     

离子致DNA损伤的实验研究

脱氧核糖核酸(DNA)是辐射生物学效应最重要的靶分子,研究其电离辐射损伤具有重要意义。DNA双链断裂被认为是最重要的原初损伤。此实验用原子力显微镜研究重离子致DNA双链断裂。 首先设计了~(241)Am放射源辐照装置,用它产生的能量为5.48 MeV的α粒子(在水中的LET约为90 keV/μm),对大肠杆菌的超螺旋状ρ GEM-T质粒DNA进行了辐照。辐照剂量为1、4、8和12 Gy。     

低能离子溅射引起表面损伤的研究

本文应用背散射沟道技术研究了低能离子轰击不同晶向表面所引起的晶格损伤与离子能量、剂量的关系,讨论了损伤形成的动力学过程。     

氦离子辐照对镍基合金硬度的影响

在室温下对镍基合金进行了氦离子辐照,利用纳米压痕仪测试了微观硬度,利用慢正电子多普勒展宽谱(Doppler Broadening Spectrum,DBS)和透射电子显微镜(Transmission Electron Microscope,TEM)分析了微观缺陷,利用离子束分析弹性反冲探测(Elastic Recoil Detection,ERD)技术测量了氦的浓度深度分布。结果显示合金样品的硬度随剂量而增大,退火后合金样品硬度增量有所减小,并观测到氦泡生成。合金硬化的主要原因是由于氦离子辐照产生了1-7 nm的缺陷团簇,而退火后不稳定缺陷的回复及氦-空位复合体数量的减少造成了硬化强度减弱。     

低能氮离子束注入固态5‘—dTMP的辐照损伤研究

对３０ｋｅＶ氮离子束辐照５－ｄＴＭＰ核苷酸引起的无机磷和碱基的释放进行了多方面的研究，得到机磷产率和碱基产生量的剂量效应曲线，以及０．１ｍｏｌ／ＬＮａＯＨ碱处理对它们的影响。碱处理不仅增加了无机磷的释放量，而且还使辐照产生的游离碱基受到损伤而裂解。碱处理后立测量得知，受辐照样品的碱溶液中无机磷的含量为其水溶液中的１．７倍，而样品碱溶液中的碱基浓度却只有其水溶液中的０．５倍左右。碱处理４０ｍｉｎ后。     

氦对低活性Fe-Cr-Mn(W,V)合金辐照损伤影响

采用低能离子加速器和超高压电镜相连接复合辐照装置,研究注入He后经电子束辐照,观察低放射性Fe-Cr-Mn（W,V）合金的辐照损伤特征;研究He对辐照过程中产生二次缺陷,空洞肿胀,诱起晶界偏析的影响。实验结果证明He的存在,增加辐照初期位错密度,促进空洞核心形成及空洞肿胀增加,抑制晶界近旁溶质元素偏析。     

氦对低活性Fe-Cr-Mn(W,V)合金焊接热影响区辐照损伤的影响

采用高能离子加速器和超高压电镜连接装置 ,研究注入He后电子辐照和同时辐照 (He+ e-)低活性Fe Cr Mn(W ,V)合金焊接热影响区 (HAZ)损伤组织特点 ,测定He对损伤组织内晶界附近合金元素浓度变化的影响。实验结果表明 :He强烈促进辐照初期位错环和位错密度增加 ,促进HAZ辐照空洞核心形成及空洞肿胀增大。He有效抑制HAZ内晶界附近Cr、Mn浓度降低 ,对Ni,Si,V ,W元素浓度变化也有抑制作用。Fe Cr Mn(W ,V)合金焊接HAZ具有优良抗He气氛下的辐照损伤性能     

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。     

N^＋离子束对腺嘌呤核苷的辐照损伤研究

高压液相色谱分析发现，固态腺嘌呤核苷（ＡＲ）在２０ＫｅＶＮ＾＋离子束辐照下所释放的碱基量很少。但紫外光谱测试表明，离子束辐照后的ＡＲ样品在１ｍｏｌ／ＬＮａＯＨ或ｐＨ０．５Ｈ２ＳＯ４的处理下，碱基的产生量将显著增加，且平均约有１５％的受损ＡＲ分子可产生碱基Ａ，而热处理将引起其紫外吸收光谱和碱基释放量的改变，另外，计算了ＡＲ分子损伤和碱基Ａ分子产生的Ｇ值，发现它们有随剂量增大而减小的趋势，最后，分别以     

SiC辐照损伤对耐高温氧化性能的影响

碳化硅（SiC）材料在高温氧化时会生成SiO2保护膜,但经辐照后高温氧化,材料结构和氧化速率会发生变化,影响材料性能。为研究其晶格损伤与氧化规律之间的关系,利用6H-SiC单晶片和烧结SiC多晶片,开展了在室温下经过能量为5 MeV、注量为5×1014 cm-2的Xe20+离子辐照后再进行1 300 ℃氧化1 h的实验。利用X射线衍射、拉曼光谱、傅里叶变换红外光谱、扫描电镜、透射电镜进行表征,对比了不同晶型的SiC氧化前后辐照与未辐照区域。结果显示：辐照破坏了晶格有序度,造成了晶格损伤,这些损伤在氧化过程中促进了多种SiO2基团的形成;生成的SiO2形成氧化层,由于与SiC基体热膨胀系数的差异,以及重结晶作用,导致碳化硅产生内应力,使氧化膜破裂;截面TEM图像显示,辐照引起的层错致使氧化程度加深,这是导致氧化速度加快的重要原因。     

双束(He+/e-)辐照下氦对12Cr-ODS铁素体钢组织损伤影响研究

利用氦离子(He+)束和电子(e-)束双束同时辐照化学溶胶法制备的新型12Cr-ODS铁素体钢.实验结果表明,辐照初期,随着辐照剂量增加,点缺陷团(黑斑)在基体内形成,密度不断增大,尺寸长大缓慢,辐照剂量为0.8dpa时形成问隙型位错环.不同试验温度下,辐照均产生小尺寸高密度的空洞,随着辐照剂量增加,空洞尺寸长大缓慢,...