強(qiáng)離子輻照引起材料損傷研究立項(xiàng)報(bào)告

王宇鋼 姚淑德 薛建明 張崇宏 孫友梅

摘 要：該研究重在系統(tǒng)地深入了解在強(qiáng)離子輻照下材料，特別是新一代核能系統(tǒng)中結(jié)構(gòu)和功能材料損傷的微觀機(jī)理，探索原子尺度上的缺陷行為以及從原子、介觀到宏觀尺度的離子輻照損傷演化過程及其多尺度計(jì)算機(jī)模擬；研究環(huán)境因素對(duì)輻照損傷效應(yīng)的影響，不同種類粒子輻照效應(yīng)的特點(diǎn)、差異、相互之間的聯(lián)系，探索和建立不同載能粒子輻照損傷之間的等價(jià)關(guān)系；為設(shè)計(jì)在裂變/聚變堆等極端環(huán)境下應(yīng)用的抗強(qiáng)輻射材料提供參考和依據(jù)。主要研究內(nèi)容包括：（1）強(qiáng)離子輻照損傷水平條件下，材料結(jié)構(gòu)演變新現(xiàn)象以及強(qiáng)輻照損傷引起材料結(jié)構(gòu)和性能演化的機(jī)理。探明強(qiáng)離子輻照下的材料缺陷行為以及與晶粒、晶界/界面區(qū)域等結(jié)構(gòu)的相互作用，以及這些結(jié)構(gòu)的性質(zhì)（包括類型、尺寸、結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性等）對(duì)缺陷的吸收能力影響及缺陷吸收的機(jī)制。（2）多束離子束輻照條件下，離子輻照損傷及其對(duì)材料宏觀性能的影響。通過He/重離子雙束輻照，研究氦離子輻照與移位損傷尤其是碰撞級(jí)聯(lián)損傷的相互作用，以及氦泡在不同材料中的形成機(jī)制，特別是氦泡的形成與高dpa輻照損傷的關(guān)系。（3）不同載能離子/粒子輻照損傷的對(duì)比研究，環(huán)境因素（如摻雜、溫度、磁場、電場等）對(duì)輻照損傷效應(yīng)的影響，為第四代裂變反應(yīng)堆與聚變堆候選結(jié)構(gòu)和功能材料的評(píng)價(jià)和篩選提供科學(xué)數(shù)據(jù)和依據(jù)。（4）探索從原子、介觀到到宏觀尺度的離子輻照損傷演化過程以及相關(guān)物理模型之間的有機(jī)聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)離子輻照損傷過程的多尺度計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算，包括ab initio、MD、KMC等對(duì)典型微觀/介觀結(jié)構(gòu)樣品的模擬方法以及各種模擬技術(shù)之間的銜接方法。

關(guān)鍵詞：強(qiáng)離子 輻照損傷 缺陷 氦泡

The Project Report of Material Damage Induced by High Fluence ion Irradiation

Wang Yugang1 Yao Shude1 Xue Jianming1 Zhang Chonghong2 Sun Youmei2

（1.Peking University； 2.Institute of Modern Physics， Chinese Academy of Science）

Abstract：This propose of this subject is to research the damage mechanism of materials， especially structural and functional materials in advanced nuclear energy system， under heavy ion irradiation. It includes：（1）The structural evolution of materials under heavy ion irradiation and its evolution mechanism， the effects of grain boundary and interface on the suppression of defects and bubbles；（2）The irradiation effects of materials under multi-particles irradiation and the synergy effects of He/ H/ dpa；（3）the comparison of different ion irradiation and the effect of temperature on the evolution of defects；（4）computer simulation of the evolution of radiation defects， including ab initio， MD， KMC， etc.

Key Words：High fluence ion； Irradiation damage； Defect； He bubble

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