同步辐射小角散射法和中子衍射法研究中子辐照A1-B合金结构-论文.pdf

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1、第37卷第9期核技术Vo1．37，No．92014年9月NUCLEARTECHNIQUESSeptember2014同步辐射小角散射法和中子衍射法研究中子辐照A1．B合金结构黄朝强，2闫冠云谢雷孙良卫陈波2刘耀光盛六四刘晓吴忠华1(中国科学技术大学核科学技术学院合肥230026)2(中国工程物理研究院核物理与化学研究所中子物理学重点实验室绵阳621999)3(中国科学院高能物理研究所北京100049)摘要为了研究He在材料中的行为，借助mB的(n，cc)核反应，通过反应堆热中子对A1-B合金进行辐照，引入He原子密度达6．2x10m。采用同步辐射x射线小角散射法(Synchrotrons

2、mallanglex—rayscattering，shxs)原位测试了不同温度下合金中He的状态变化，并结合透射电镜(Transmissionelectronmicroscope，TEM)对试样进行了观察；采用x射线衍射和中子衍射法分析了合金晶格参数的变化。SAXS分析表明，随着温度升高试样内部的颗粒和孔洞消失，He泡数量不断增多、尺寸增大。700。C下He泡的半径大约增大到10nm，与室温时颗粒和孔洞相当。衍射分析表明，B原子引入使得A1晶格常数增大，但不存在可见的第二相，中子辐照使得生成的Li和He原子进入A1晶格，进一步加大了晶格常数。辐照后的样品加热使得He从晶格间隙位置扩散到晶

3、界形成He泡，从而缓解了对晶格的挤压，导致了晶格常数的回复减小，第一性原理计算得到的间隙原子B、Li、He引起的晶格肿胀解释了这一结果。关键词掺硼铝，中子辐照，氦行为，小角散射，中子衍射中图分类号0571．53，TL816+．3DOI：10．11889~．0253—3219．2014．hjs．37．090103氦在金属中的迁移聚集乃至形成的氦泡，不仅法可以很好地控制氦的引入量，但其沉积膜薄、疏会导致该金属体积膨胀，而且还降低其机械性能以松的弱点限制了它的推广应用；核反应法同时存在致严重影响使用性能L1J。关于金属中的氦损伤问题氦累积和原子离位损伤效应，可以制备大尺寸块体一直是材料研究的一

4、个热点，特别是当前随着世界样品。因为氦的累积过程非常缓慢，并且元素活化核能聚变堆研发和核材料的深入研究，更是为该领容易产生强放射性，所以目前国内外开展的相关工域注入了新的推动力。聚变堆的第一壁材料面临强作很少。本文针对A1．B系统辐照引入氦前后的微观中子辐射由(n，0【)核反应引起的氦损伤问题，核材料结构变化进行了初步研究，给出了辐照对铝掺硼晶同样存在由氚衰变和钚自衰变引起的氦损伤问题。格参数的影响，并用x射线小角散射分析了引入氦由于这些核材料辐照活化后其本身具有强放射性，原子在温度作用下的演化。实验研究难度较大，而且有些核材料具有异常复杂的物理化学性质，因此迫切需要首先对简单体系的1材

5、料与实验模拟材料进行研究，以建立研究方法和积累认识基金属铝(A1，纯度为99．999％)与硼一1O粉(B，础。模拟材料制备的氦引入方式主要有离子注纯度>99．9％，ⅢB丰度>96％)按99：1质量配比，采入【2】、氚渗透与氚衰变L6J、磁控溅射氦包埋沉积用电磁感应熔炼方法制备A1B合金，熔炼工艺参数法[9]、核反应[2J等技术。离子注入是最常用的一为1200。C，0．5h，后采用液氮骤冷得到柱片状试种氦引入方法，但注入能量通常较低，注入深度较样，试样中B在Al中的固溶度很低【J引。对试样中浅，不能代表体特征；而氚衰变需要较长时间积累B的实际含量进行测试，测试结果见表1。试样上、氦，而且没

6、有原子离位损伤；磁控溅射氦包埋沉积下表面中的B分别为0．44％和0．3％，理论计算时取中国工程物理研究院中子物理学重点实验室课题(No．2012AB002),~N家自然科学基金项目0．91126001、No．11205137)资助第一作者：黄朝强，男，1981年出生，2006年于中国工程物理研究院获硕士学位，现为在读博士研究生，从事中子散射技术与应用研究，E—mailC．Q．Huang@163．corn，huangcq@caep．cn收稿日期：2014—05．27，修回日期：2014．06—290901O3．1川核技术2014，37(9)：090103均值O．4％。其他一些杂质的含量分别

7、为0．0507％和展，样品．探测器距离2040I／llTI，X射线波长0．044％，表1中列出了辐照试样中B和He的粒子0．154nm。中子衍射谱实验在中国工程物理研究院数密度n。He引入是在中国工程物理研究院中子反的高压中子衍射谱仪(High—pressurepowder应堆上通过对Al—B合金样品采用热中子辐照实现difractioncomplex，HPDC)上开展，谱仪采用金红石的，样品尺寸为e12mmx2mm，单位面积中子注