基于界面和纳米析出相材料的抗辐照损伤机制研究进展

核能是重要的清洁、可靠和可持续的能源.核能的发展离不开高性能的核反应堆结构材料,这些结构材料在高温、高剂量辐照的环境下长时间服役,其性能在很大程度上决定反应堆的使用寿命.载能粒子轰击会在材料中引入大量缺陷,这些缺陷随时间的演变往往造成材料组织结构的改变,从而引起材料性能的下降,甚至失效.具有更苛刻服役条件的先进反应堆急需具有更优异抗辐照损伤性能的结构材料.抗辐照损伤材料设计的本质就是通过成分和微观结构等设计来提高材料中载能粒子辐照所引入缺陷的湮灭能力,从而提高材料的抗辐照性能.基于界面的抗辐照损伤设计是近几十年抗辐照损伤材料设计的主要思路.本文从抗辐照损伤机理研究存在的挑战出发,主要综述了基于界面的抗辐照材料结构、成分设计及特点,已经提出的抗辐照损伤设计方案及相关机理,重点介绍了北京大学技术物理系核技术应用团队基于界面以及提出的循环溶解再析出的纳米析出相的抗辐照损伤材料设计及机理方面的研究进展,并对未来基于界面和纳米析出相抗辐照损伤设计的研究进行了展望.     

纯金属Bi中高能重离子辐照效应

利用高能重离子（Kr,Xe,Sn和Pb)辐照处于16或100K的低熔点纯金属Bi,通过测量分析辐照引起的样品电阻率增量及其变化速率随辐照剂量的变化，研究了入射离子在Bi中引起的辐照损伤效应如辐照损伤效率及复杂缺陷的产生等。结果表明，强的电子能损可在纯金属Bi中引起附加缺陷的产生，从而使得辐照损伤效率＞1。电子能损值大时，入射离子在Bi中引起的辐照效应主要是电子能损效应。辐照温度和入射离子速度对辐照效应的强弱有一定的影响。     

用正电子湮没研究中子辐照Si

硅在能源技术应用中是很重要的材料,随着离子注入技术发展和对掺杂兴趣增加,了解由于粒子辐射而造成辐射损伤引起的空位与退火温度关系是非常重要的.在研究半导体缺陷中,正电子湮没方法是非常有用的方法,因为捕获正电子湮没的特性是受缺陷电荷影响,研究结果表明在半导体中,正电子能被辐射损伤缺陷所捕获.本工作是用正电子湮没寿命来研究经过中子辐照后的单晶硅,未退火及在400～1150℃范围内退火的空位变化情况,讨论了捕获模型.1 实验     

二维层状材料原位电子辐照研究

纳米结构的高精度可控加工是制约器件小型化发展的重要限制因素之一,而基于透射电子显微镜的电子辐照有望在加工精度上推动纳米加工的进程.透射电子显微镜中高能电子束不仅能用于原子结构成像,还可用于原位辐照加工.因此,基于透射电子显微镜的电子辐照效应研究既有利于从原子尺度上探索材料在电子辐照作用下的结构稳定性及结构演变规律,又有利于加深对电子辐照过程的理解,为纳米结构的高精度可控加工提供理论依据和实验基础.本文将简要介绍几种常见的电子辐照效应,并综述近年来利用透射电子显微镜在石墨烯、氮化硼、过渡金属硫族化合物等二维层状材料原位辐照方面的研究进展,为进一步研究二维材料结构稳定性和精准、可控加工低维纳米结构提供参考.     

固体中原子碰撞级联现象的计算机模拟研究

载能粒子对固体辐照效应的一个基本过程,就是形成原子碰撞级联。一套包括对多种类型的固体靶中原子碰撞级联的模拟程序已经建立。此程序取名为TCIS。TCIS可以跟踪入射离子或PKA在固体中的运动轨迹以及它在固体中激发的碰撞级联中所有反冲离位原子的运动轨迹,从而可用于研究有关现象及其机制,如离子射程、溅射、反射、原子碰撞混合、辐照损伤     

He~+辐照非晶态合金的深度分布和保存量

在聚变堆的设计中,材料的辐照损伤被看成是除了等离子体物理外最重要的技术问题之一,特别是第一壁,它要经受热等离子体、聚变α粒子、14MeV聚变中子、中性原子等的直接照射,高通量、多种粒子的照射使得第一壁辐照损伤的研究特别重要.壁材料的辐照损伤分为两类,一类是体损伤,另一类是表面损伤,表面损伤的主要表现形式为表面溅射、表面发泡和蒸发,聚变α粒子引起第一壁的表面损伤是当今聚变堆研究十分关注的问题.     

强激光诱导的材料界面不稳定性

在高功率激光器内部激光工作物质和光学元件,窗口镀膜材料的设计中,传能光纤以及制导传感器抗激光致盲材料的设计中,对材料的抗激光性能问题都要有所考虑.大量实验表明,材料表面和界面是较容易损伤的部位.现有的研究大都注重体材料损伤过程的描述上,而对材料界面的激光损伤微观机制的研究甚少.在抗激光材料的设计中,很需要对材料的微观过程有深入的认识.通过对微观过程的分析,引出一些可控制的物理参量,如调制掺杂异质结的调制掺杂浓度.在材料设计中通过调节这些可控制参量,从而使材料能承受某一功率范围的激光辐照.     

O+DT体系分子反应动力学的非对称性

基于考虑了氢同位素效应的DTO(1A1)分子的多体展式分析势能函数,用准经典的Monte-Carlo轨迹法研究了O+DT(0,0)体系的分子反应动力学过程.结果表明,在碰撞能较低时(<209.20kJ/mol),可以生成长寿命DTO(1A1)络合物,并且该络合反应是有阈能反应,这一结论与用多体项展式理论计算的DTO分子势能曲线结果一致.随碰撞能增加,逐渐出现置换产物OT和OD,最终分子被完全碰散成D,T和O原子,而且反应O+DT(0,0)→OT+D,O+DT(0,0)→OD+T和O+DT(0,0)→D+T+O也是有阈能反应.由于D和T原子的同位素效应,置换产物OD与OT的反应特征存在非对称性.     

氧化物粒子弥散强化的合金中界面对高温氦脆的抑制机理研究

探讨了在 0.5T_m(T_m为材料熔点)温度附近一种氧化物粒子弥散强化的铁基合金中惰性气体离子辐照引起的组织结构变化. 实验利用高能²⁰Ne离子辐照材料样品至3个剂量水平. 借助透射电子显微镜发现, 即使在最高辐照剂量, 材料的晶界处也没有发生空洞的加速生长, 显著区别于相同辐照条件下传统铁基合金的组织结构变化. 这个特点反映出氧化物粒子弥散强化合金具有在高温和高氦产生率的苛刻环境中(诸如在聚变堆内部)使用的潜力. 晶界处空洞生长的抑制效应可归因于材料晶粒内部高密度的氧化物纳米颗粒的界面对惰性气体原子的有效俘获和对辐照缺陷的回复作用.     

超强激光场中分子波包的演化

强激光与物质的相互作用已成为物理研究中一个极为活跃的领域.在激光场强接近原子单位场强时,会出现许多非线性的物理现象.近几年来,分子与强激光场的相互作用研究也极为活跃,研究的主要目的在于探索激光强度在控制化学反应动力学方面的作用以及利用强激光场离解分子来研究分子激发态波包结构,与原子情形相似,强激光场中的分子行为也表现出一系列的非线性效应,如阈上离解、“库仑爆炸”和分子稳定化等.     

BaLiF_3微晶辐照损伤的电子自旋共振研究

钙钛矿型复合氟化物ABF_3(A=Li,Na,K,Rb;B=Mg,Ba,Zn等)是固体可调谐激光的优良基质材料,人们对其辐照损伤已有较多研究,但其中关于BaLiF_3的研究相对较少,特别是用ESR方法研究BaLiF_3的辐照损伤尚未见报道.近年来,人们在适应新的高能粒子加速器需求的新型无机闪烁材料的过程中发现BaLiF_3具有一定的应用前景,在这一应用中对材料的抗辐照性能有很高的要求.本文报道了用ESR方法研究BaLiF_3微晶受X射线和γ射线     

非线性超声检测方法的应用与挑战

材料损伤的早期发现和预防是避免破坏性事故的有效手段,日渐成为重大装备安全服役领域的研究前沿和热点.超声波因其传播特性与材料性能直接相关而被广泛应用于检测和评估材料损伤.传统的超声检测方法可以有效检测的缺陷尺寸通常限制在半波长以上,仅能适用于材料损伤中后期的宏观缺陷(如宏观裂纹、孔洞和夹杂物等)的检测,对材料损伤早期的性...     

超声兰姆波二次谐波发生效应的理论、实验及应用研究进展

材料退化或微损伤的早期无损检测和评价可以保障关键结构的安全服役.因此,开展缺陷演化的早期评价,甚至缺陷产生前的早期检测是非常重要的.通常,线性超声检测方法对材料微观缺陷不敏感.非线性超声技术被广泛认为可以表征材料微观结构变化.二次谐波发生效应作为超声传播过程中的一种典型非线性声学效应,可以用来评价材料的性能退化程度和检...     

材料损伤的非线性超声评价研究进展

非线性超声技术由于能够克服传统线性超声的不足,对于微纳尺度缺陷(如位错、微裂纹等)较为敏感,受到研究者的广泛关注.本文介绍了非线性超声技术检测材料损伤的基本原理;对传播过程中非线性超声波与材料微观结构相互作用的理论研究以及非线性超声技术检测、评估材料损伤的实验研究进展进行了综述;最后基于非线性超声损伤检测研究的现状对该技术进一步发展进行了展望.     

单晶硅中氧、碳杂质对高次带的影响

近年来,随着半导体缺陷工程的发展,人们极其关注对辐照缺陷的研究.中子辐照缺陷,一方面可起到提高半导体器件抗辐射能力的作用;另一方面可抑制器件加工过程中有害缺陷的产生,因此,对晶体中缺陷的检测和分析一直是材料科学工作者的重要研究课题.     

快重离子在钇铁石榴石中的辐照损伤

能量为1～100 MeV/u的快重离子通过固体材料时主要由两种过程损失其能量,即核碰撞(核能损S_n)和电子的电离与激发(电子能损S_e),且后者的作用远远大于前者,电子能损与核能损之比(S_e/S_n)可达10~3量级。因此快重离子在固体材料中引起的辐照损伤本质上是由电子能损引起的损伤。     

铝原子和离子4s2S,5f2F0和4d2D能级寿命测量

原子和离子参数是研究等离子体中的原子物理过程和动力学过程,以及等离子体诊断学的基础.目前,建立在加速器上的原子和离子参数的研究对象主要是重元素原子和离子,由于实验条件的限制,国内的实验研究开展得非常少 本工作根据在低能下较重或重元素的原子和离子参数研究少的特点,在200kV重离子加速器上采用束箔光谱学技术对铝元素的原子和离子能级跃迁光谱做了研究,对较强谱线的一些能级寿命做了测量,得到了4s~2S,5f~2F~o和4d~2D的寿命,4s~2S能级寿命与相位移方法测量结果相符合.对其研究,不仅对了解等离子体的光谱特性有重要意义,而且还可以与其他寿命测量方法比较,进一步了解60年代后发展起来的束箔光谱学这门边缘学科的应用.     

二维材料中的缺陷及其拓扑、几何效应

晶体材料中的缺陷会引发局部的形变与应力,从而对材料力学性质、输运行为等物理特性产生影响,这在低维材料中尤为显著.近几年来在石墨烯等二维材料的相关研究中发现了多种类型的缺陷,这些缺陷对其材料性能具有一定的调控功能,且与块体材料中的行为有一定区别,因而其物理机制值得探究.本文将介绍相关的研究进展,特别是缺陷在影响材料行为时的几何与拓扑效应,并讨论其在二维材料晶体生长、低维结构材料设计等方面的意义.     

γ-射线辐照对MSO_4:Sm~(3+)发光体的影响

稀土掺杂的碱土金属硫酸盐是一类重要的发光材料.钐掺杂的发光材料可望用作光谱烧孔材料和光存储材料.实验证明,含掺杂离子的晶体被辐照后,容易产生缺陷,形成色心;同时,晶体内掺杂离子又可作为陷阱,俘获由辐照产生的电子或空穴,使掺杂离子的价态发生改变.国内外对铈掺杂的CaF_2晶体发光机理进行了一定研究,但未见对钐掺杂的碱土金     

中子辐照CZ硅中缺陷的光致发光研究

一、引言 近年来,随着缺陷工程的发展,有关CZ硅辐照缺陷的研究得到了极大的关注。中子辐照缺陷,一方面可起到提高半导体器件抗辐射能力的作用;另一方面可抑制器件加工过程中有害缺陷的生成。目前,光致发光(PL)作为表征半导体材料的一种有效手段得到了广泛的应用。研究光致发光谱可认识材料的一系列物理过程和性质,还可获得有关局域态的知识,