铁基非晶合金的辐照性能

铁基非晶合金由于成本低较、易制备、较好的温度稳定性等优点,并具优异的机械性能、磁性能和耐腐蚀性能而被广泛研究.并且其固有的无序结构有助于抵抗辐照导致的损伤,使得铁基非晶合金可作为抗辐照材料使用.辐照既可以试验铁基非晶合金的性能也是优化铁基非晶合金结构和性能的有效方法.本文综述了铁基非晶合金中子辐照、离子辐照和电子辐照性能的研究进展,探讨了铁基非晶合金的结构和性能与非晶合金的成分以及辐照粒子的类型、能量、注量之间的关系,以及辐照晶化的机制,为进一步促进高性能铁基非晶合金的研究提供了有价值的参考.     

低能离子与物质相互作用中电子能损微观机制的研究进展

深入了解离子与物质的相互作用是研究材料抗辐照性能以及应用离子束技术的基础和关键．离子的能量沉积是导致材料辐照损伤的根本原因,所以研究离子碰撞过程中的能损机制显得尤为重要．本文从离子与物质相互作用机制的研究背景和应用价值出发,阐述了有关载能离子在材料中的电子阻止本领的微观机制,总结了基于第一性原理分子动力学研究低速离子在材料中电子阻止本领的相关模型．回顾了国内外关于低能离子与物质相互作用中电子阻止本领及电子能损微观机制的理论和实验研究进展及发展趋势,论述了近几年北京师范大学在有关电子能损微观机制方面所取得的研究成果．阐述了电荷转移、化学键状态以及内层电子激发等因素对电子能损影响的微观机制,研究了在极低速度下电子阻止本领的阈值行为,为离子束技术的应用和材料抗辐照性能的评估提供了理论依据．对未来的研究进行建议展望．      

MAX相金属陶瓷材料研究进展与展望

MAX相材料因集合了陶瓷和金属的高硬度、高弹性模量、高温稳定性、可加工性、良好的导电/导热性等优异性能,在熔盐储热、熔盐电解、熔盐辅助合成和熔盐堆发电等变革性能源应用领域获得广泛关注,在高温、强腐蚀、高强辐照等极端恶劣环境具有很好的应用前景.全面综述了MAX相金属陶瓷材料的结构、物化性能和制备方法,跟踪了MAX相家族的...     

先进核能材料的辐照损伤效应

反应堆中,结构材料需要经受高温、高剂量辐照等极端条件的考验,其性能表现极大程度地影响着反应堆运行的安全性与经济性.因此,为了促进先进核能系统的发展,我们急需研发具有更强性能的先进核能结构材料.近年来,两类材料(MAX相材料以及纳米晶结构钢)受到了核能材料领域的广泛关注,二者具有独特的微观结构以及宏观性能,因此也被视为核能系统中的候选结构材料.本文回顾了辐照条件下两种材料在实验和理论研究方面的最新进展,重点阐述了辐照引起的二者结构演化机理;元素种类和结构因素对MAX相抗辐照性能的影响;以及新型结构材料抗辐照损伤策略等.通过本文的系统梳理,我们将帮助读者深入得认识、理解核能结构材料的辐照效应.     

辐照环境下各向同性核石墨材料应力分析模型

核石墨可用作裂变核能反应堆如气冷堆和熔盐堆的慢化剂材料,还可用作为冷却剂和控制棒提供通道的结构部件.为了保证反应堆的寿期安全性,石墨堆芯不仅需要保持完整,还要避免过度变形,从而保证在工作状态和事故环境下堆芯冷却剂不会受阻,也不会妨碍控制棒的移动.因此,核石墨构件的结构完整性评估是反应堆设计的基本要素之一.在反应堆环境下石墨构件的应力分析,除了通常的弹性应变和热应变,由于中子辐照引起的额外应变也是考虑因素之一.因此,需要定义辐照环境下核石墨应力和应变相关的本构方程.本文介绍了一种用于辐照环境下核石墨材料应力分析的材料模型,并应用此模型对核石墨砖进行了应力分析,以期了解由辐照环境引起的应变对石墨砖应力的影响,相应的计算结果对堆芯核石墨砖的设计具有理论参考意义.     

用载能离子束辐照技术制备的激光晶体光波导

激光晶体是重要的激光增益介质．光波导结构是集成光子学的基本元件之一．利用载能离子柬辐照技术,可以在激光晶体材料中制备光波导结构,进而实现微型的波导激光．本文综述了载能离子辐照技术制备激光晶体光波导的基本原理与方法,以及离子束对晶体波导微荧光性能的影响,介绍了晶体波导激光的最新研究进展．最后,展望了离子辐照激光晶体光波导研究的未来发展方向．     

核聚变堆面向等离子体钨基材料氢氦效应的第一性原理研究

钨基材料以其高熔点、高导热率、良好的抗中子辐照和抗溅射腐蚀等优异性能,被视为未来核聚变装置中最有前景的面向等离子材料.在聚变服役环境下,14Me V的高能中子以及低能氢/氦粒子流对钨基材料造成严重的辐照损伤.研究材料的辐照损伤与氢氦效应机理对揭示辐照引起材料微观结构与性能的变化以及探索开发新型抗辐照材料具有重要的意义.近年来,随着计算模拟技术的发展,多尺度模拟方法在聚变堆材料辐照损伤与氢氦效应机理研究方面有着广泛的应用.本文主要结合作者近几年的研究实践,介绍了第一性原理方法在钨中氢氦效应机理方面的一些进展,揭示了钨中基于空位和杂质的氢/氦泡级联成长机制,建立了过渡族合金元素与辐照点缺陷以及与氢/氦相互作用数据库,从而为高性能钨基材料合金化元素的筛选及其制备实践提供理论指导.     

抗辐照纳米材料的研究进展

辐照在材料中诱发多种缺陷,使材料的物理、力学及化学性能退化并最终导致材料失效.与传统材料相比,纳米材料具有高密度的晶界、相界等界面,因而展现出更高的抗辐照损伤能力.本文回顾了近年来国内外众多学者有关纳米材料抗辐照性能的研究工作,并针对实验结果做了简要介绍、总结及展望.     

压水堆核电站一次侧水化学与设备材料腐蚀损伤的关系

压水堆(pressurized water reactor, PWR) 核电站一次侧运行水化学的优化控制是减少辐射剂量, 防止关键设备腐蚀损伤, 保持燃料性能的最经济、最有效的途径之一, 其本质是通过水化学与设备材料的交互作用改善材料表面氧化膜的特性. 综述了PWR 核电站一次侧主冷却剂水化学与设备材料腐蚀损伤关系的研究现状及问题, 介绍了近年来在PWR 一次侧注Zn 水化学(Zn-injected water chemistry, ZWC) 方面的应用基础研究进展.     

高压二极管中子,电子和γ辐照特征的研究

本文对加固P~ nn~ 高压整流二极管分别进行了中子、电子和γ射线不同剂量的辐照,测试和分析了辐照感生缺陷的能级位置、密度及俘获截面,并研究了材料少数载流了寿命和器件正向电压等参量的变化特征及退火行为.实验结果表明.由于采用了新工艺、新材料使器件具有良好的抗辐照性能,同时NTD材料亦显示出较好的耐辐照特性.三种不同辐照源的辐照结果反映了它们各自的损伤特征.     

Mo-Re合金的研究进展

总结了Mo-Re合金的研究进展。Re在Mo的添加发挥了"铼效应",能够起到提高合金强度,改善合金塑性和焊接性,降低韧脆转变温度的作用。Mo-Re合金,特别是Mo14Re具有良好的力学和加工性能,优良的抗中子辐照损伤能力,与核燃料和碱金属冷却剂均有良好的相容性,是空间核反应堆的首选堆芯结构材料。Mo-47.5Re具有很高的强度和塑性以及良好的生物相容性,是新一代生物医用植入材料。     

石墨烯基三元复合材料在超级电容器中的应用

电极材料是决定超级电容器性能的关键.石墨烯比表面积大、导电性好、具有良好的环境稳定性,但单独作为电极材料时面临着比容量和能量密度欠佳的困境.制备石墨烯复合材料是解决该问题的途径之一,石墨烯二元复合材料已经显示出优于石墨烯的储电性能.三元或多元复合材料在微观尺度、维度和结构上具有更丰富的设计、组合模式,相应地,其电化学性能也有更多的可能性和自身特有的发展空间.文章综述了几类石墨烯三元复合材料的研究进展,比较并探讨了每一类石墨烯三元复合物作为超级电容器电极材料的性能和优点、存在的问题、可能的解决方案及发展趋势.     

射线辐照对核电用乙丙橡胶绝缘材料的性能影响及损伤机理研究

核电用聚合物电缆绝缘材料的耐辐照性能对核能电力传输系统的安全运行至关重要.选择典型的电缆绝缘材料乙丙橡胶进行人工模拟辐照试验,利用多种表征分析手段,从物理性能、微观形貌、结构变化等角度系统性地探究其辐照老化模式和损伤机理.结果表明,乙丙橡胶对γ射线较为敏感,在低剂量(1MGy)时主要发生氧化降解反应,生成酮、酯等氧化产物;但之后随着辐照剂量的增加,交联反应逐渐占主导,导致材料弹性下降,分子链活动性受阻,特别是在10MGy时,材料力学性能严重劣化.     

压水堆材料与结构中的关键力学问题

积极发展核电是保持我国能源安全的重大战略.核材料在高温、辐照和化学腐蚀环境下的力学性能及其退化决定着关键核结构和核设备的性能及寿命,进而决定了整个反应堆及核电厂的经济性与安全性.由于尚未完全掌握核材料和核结构在复杂环境下的力学行为特性,目前仍难以定量地回答涉及反应堆设计、建造、运行、维护以及退役等阶段的诸多问题.为对其中的关键力学问题进行梳理,本文首先从原理上介绍了辐照效应,然后以主流的压水堆为研究对象,按承受辐照作用和化学作用从强到弱的顺序,依次介绍核燃料、反应堆堆内构件以及反应堆安全壳等关键核结构在设计和性能分析方面的研究现状以及面临的挑战.为便于应用和参考,对燃料材料的本构模型、结构材料的应力腐蚀模型、流固耦合问题的数值求解方法以及核电设备强度评估准则等典型结果进行了归纳和总结.最后对压水堆实施全生命周期管理亟需突破的难题进行了总结.在数值模拟方面需要突破的瓶颈是核材料力学行为的多尺度模拟方法,在实验研究方面需要突破的瓶颈是新型、高效的辐照实验技术.     

6H-SiC辐照条件下缺陷形成过程的分子动力学模拟

辐照环境会使材料出现位移损伤,在材料内部产生缺陷。为了研究6H-SiC晶体材料在受到辐照时缺陷的形成过程,基于分子动力学方法,采用LAMMPS软件模拟了6H-SiC材料在不同辐照能量、不同温度时辐照缺陷的形成过程,也进一步探究了材料屈服强度受辐照的影响。结果表明,缺陷数目随辐照能量增大而增多,且呈线性关系,温度对缺陷数目的影响无明显规律,屈服强度随辐照能量增大而减小,并且受到拉伸方向的影响。     

高能氦粒子对N型磷掺杂硅半导体辐照效应的模拟研究

利用SRIM模拟软件对硅太阳能电池板的减反射膜和N型磷掺杂硅半导体进行了氦粒子辐照模拟实验,实验可知10Me V高能氦粒子对减反射膜几乎不会产生大的损伤,对减反射膜辐照损伤是长期的累积效应。高能氦粒子的辐照损伤主要集中在N型磷掺杂硅半导体内部,这种内部损伤是个短期内快速累积效应。每个辐照氦粒子会在硅半导体材料内部把自身的能量释放出来,导致硅半导体材料内部发生离化现象,造成损伤,这种损伤包括原子离位、原子反冲、原子替换、空位的形成等,会产生平均空位率为394个空位,产生的粒子平均离位率为427个离位原子,会导致大量原子发生级联碰撞。     

NdFeB永磁材料激光辐照效应研究

对NdFeB永磁材料经激光辐照的材料性能、组织结构的变化进行了实验研究和分析．结果表明,辐照区包括熔凝层和热影响区;激光辐照影响的主要因素是热效应和冲击力学效应。     

医疗CT用(Ce,Gd)_3(Ga,Al)_5O_(12)(Ce:GGAG)闪烁体的研究进展

(Ce,Gd)_3(Ga,Al)_5O_(12)(Ce:GGAG)属于石榴石结构立方晶系,密度高(～6.7g/cm~3),有效原子序数大(55),对高能射线吸收能力强,用Bartram-Lempicki模型计算其理论光产额可达73 500 pho/MeV,是目前发现的光产额最高的氧化物闪烁材料,且能量分辨率极佳(4.6%@662 keV,FWHM)。此外,研究工作还表明,经高剂量辐射后的Ce:GAGG晶体的抗辐照损伤性能与硅酸盐闪烁材料相比有较大优势,因而受到了国内外的广泛关注和研究,被认为是理想的新一代高性能CT探测器用闪烁材料。综述了近年来国内外Ce:GGAG闪烁体的研究进展,包括粉体、薄膜、陶瓷、晶体的制备,微结构和光学表征,组份调控与性能优化以及器件成像等。     

氮化碳材料的研究进展

氮化碳材料是通过理论计算设计的化合物材料,其研究在科学和技术上具有重大意义,是凝聚态物理学和材料科学研究的热点之一.本文总结了氮化碳材料的结构预测、表征、合成的研究进展,并且讨论了这类材料的性能,尤其是电导率的研究现状.     

石墨熔盐堆的快中子注量率展平研究

在石墨熔盐堆中,快中子辐照将导致石墨的性能逐渐下降,当快中子积分注量达到3×1022n/cm2时,需对石墨进行更换。本文针对450 MWth石墨熔盐堆单区与三区堆芯设计的快中子注量进行比较研究。结果表明,采用三区堆芯方案可有效展平堆芯快中子注量率,三区堆芯设计的最大快中子注量率为4.2×1013n/cm2·s,比单区堆芯低约33%,在75%负荷因子下,三区堆芯设计可满足30年满功率运行,而不需更换堆芯石墨。