強離子輻照引起材料損傷研究立項報告

王宇鋼 姚淑德 薛建明 張崇宏 孫友梅

摘 要：該研究重在系統地深入了解在強離子輻照下材料，特別是新一代核能系統中結構和功能材料損傷的微觀機理，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算機模擬；研究環境因素對輻照損傷效應的影響，不同種類粒子輻照效應的特點、差異、相互之間的聯系，探索和建立不同載能粒子輻照損傷之間的等價關系；為設計在裂變/聚變堆等極端環境下應用的抗強輻射材料提供參考和依據。主要研究內容包括：（1）強離子輻照損傷水平條件下，材料結構演變新現象以及強輻照損傷引起材料結構和性能演化的機理。探明強離子輻照下的材料缺陷行為以及與晶粒、晶界/界面區域等結構的相互作用，以及這些結構的性質（包括類型、尺寸、結構、穩定性等）對缺陷的吸收能力影響及缺陷吸收的機制。（2）多束離子束輻照條件下，離子輻照損傷及其對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聯損傷的相互作用，以及氦泡在不同材料中的形成機制，特別是氦泡的形成與高dpa輻照損傷的關系。（3）不同載能離子/粒子輻照損傷的對比研究，環境因素（如摻雜、溫度、磁場、電場等）對輻照損傷效應的影響，為第四代裂變反應堆與聚變堆候選結構和功能材料的評價和篩選提供科學數據和依據。（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物理模型之間的有機聯系，實現離子輻照損傷過程的多尺度計算機模擬計算，包括ab initio、MD、KMC等對典型微觀/介觀結構樣品的模擬方法以及各種模擬技術之間的銜接方法。

關鍵詞：強離子 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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