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1、厦 门 大 学 博 硕 士 论 文 摘 要 库学校编码：学校编码： 10384 分类号分类号_密级密级_ 学号：学号：3242010115209426 UDC_ 硕 士 学 位 论 文 先进堆用先进堆用 18Cr-ODS 钢的辐照效应研究钢的辐照效应研究 Investigation of Irradiation Effect on 18Cr-ODS Steels for Advanced Reactors 强 瑞 强 瑞 指导教师姓名：李 宁 教授 专 业 名 称：核科学与工程 论文提交日期：2013 年 4 月 论文答辩日期：2013 年 6 月 学位授予日期：2013 年 月 答辩委员会主
2、席：_ 评 阅 人: _ 2013 年 6 月 厦 门 大 学 博 硕 士 论 文 摘 要 库厦 门 大 学 博 硕 士 论 文 摘 要 库厦 门 大 学 博 硕 士 论 文 摘 要 库摘 要 I 摘摘 要要 包括第四代反应堆和聚变堆在内的先进反应堆系统以其极高的经济性和良好的安全性，成为未来核能发展的主要方向。但其严酷的堆芯环境极大地提高了堆芯用包壳材料和第一壁结构材料的性能要求， 现有大部分材料均不能完全满足要求。因此，需要开发高性能先进堆用包壳材料和第一壁结构材料。ODS 钢以其优异的高温蠕变性能和良好的抗辐照肿胀性能成为第四代反应堆燃料包壳材料和聚变堆第一壁结构材料的主要候选材料之一。
3、 本论文的工作以 18Cr-ODS 钢为研究对象，进行了 He、Fe 离子辐照、电子辐照和聚焦离子束表面溅射这三个实验， 研究了在辐照条件下 18Cr-ODS 钢微观结构的演化行为。He、Fe 离子辐照实验表明，18Cr-ODS 钢受辐照后有大量位错环形成，并产生了大量尺寸很小的 He 气泡，并主要分布在晶界以及弥散颗粒与基体的界面处。 550 C 和 650 C 的实时原位退火实验表明样品中的 He 气泡会随着退火时间逐渐长大，整个过程主要由迁移聚合机理决定。电子辐照实验表明18Cr-ODS 钢基体的晶体结构会随着电子通量的增加而发生变化，样品受电子辐照后会有新氧化物颗粒(Fe3O4纳米颗粒
4、)形成。同时，辐照区域的形貌会随着电子通量的增加而变化， 这是由于溅射效应和电子辐照产生的氧化物晶粒与空位团造成的。聚焦 Ga+离子束表面溅射实验表明，18Cr-ODS 钢样品表面粗糙度随着离子束通量的增加而变大，并会形成一种特殊的纳米针结构。离子束入射角是影响 18Cr-ODS 钢表面形貌的关键参数之一， 纳米针结构会随着离子束入射角的增加而增长，并会更容易形成。聚焦 Ga+离子束的辐照影响了由溅射、空位聚集和基体表面原子扩散导致的表面原子得失的动态平衡。因此，纳米针结构的形成既与溅射理论有关，也与辐照过程中，新增加的缺陷的扩散作用有关。 关键词：关键词：18Cr-ODS 钢 离子辐照 氦气
5、泡 电子辐照 聚焦离子束 厦 门 大 学 博 硕 士 论 文 摘 要 库Abstract II Abstract Because of the potential for much improved economics and safety, developing advanced nuclear energy systems including the Generation IV reactors and fusion reactors has become the primary direction of effort. However, most of materials used in
6、 the current reactors cannot satisfy the requirement of the harsher reactor environment since the performance requirements of the cladding and first-wall structural materials will increase substantially. ODS steels appear to be one type of the most promising candidates for the Generation IV reactors
7、 and fusion reactors because of their excellent high temperature creep property and superior irradiation swelling resistance. 18Cr-ODS steel is the object of the experimental investigation in this paper. The evolution of its microstructure under irradiation was investigated by helium and iron ion ir
8、radiation, high energy electron irradiation as well as focused ion beam bombardment. The result from helium and iron ion irradiation shows that a lot of dislocation loops and small helium bubbles formed under ion irradiation. In-situ annealing experiments were then completed at 550 C and 650 C. It s
9、hows that the helium bubbles grow rapidly at first and then became saturated. The main possible mechanism of helium bubble growth was migration and coalescence. The electron irradiation experiment shows that the crystal lattice of the steels changed with the increasing electron fluence and additiona
10、l Fe3O4 grains were formed by electron beam irradiation through a series of dynamic processes. The study of low energetic ion bombardment on the surface morphology of 18Cr-ODS steel demonstrates that the surface roughness increased with the increasing ion fluence, and nanoneedles formed. They became
11、 finer and more easily formed when the incident angle was increased. The mechanism of nanoneedles formation includes a curvature-dependent sputtering yield, the function of the induced defects in the crystal lattice during focused Ga+ ion beam bombardment which affected the dynamic competition of th
12、e loss of surface atoms due to sputtering, the gathering vacancies, and the supply of atoms on the 厦 门 大 学 博 硕 士 论 文 摘 要 库Abstract III substrate surface. Keywords: 18Cr-ODS steel; ion irradiation; helium bubbles; electron irradiation; focused ion beam 厦 门 大 学 博 硕 士 论 文 摘 要 库目 录 1 目目 录录 摘摘 要要 . I Abstract . II 第一章第一章 绪论绪论 .1 1.1 研究背景1.1 研究背景 . 1 1.1.1 核能发展 . 1 1.1.2 第四代先进反应堆 . 2 1.1.3 聚变堆 . 2 1.2 先进反应堆用材料的性能要求先进反应堆用材料的性能要求 . 3 1.2.1 研发先进反应堆用材料的必要性 . 3 1.2.2 核燃料包壳材料的发展 . 4 1.3 核反应堆堆芯用核反应堆堆芯用 ODS 钢钢 . 6 1.4 ODS 钢的辐照行为研究现状钢的辐照行为研究现状 .
